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Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungswerkzeug für eine Bearbeitungsmaschine.
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Bearbeitungswerkzeuge, z.B. Wendeschneidplatten, werden bei der - insbesondere spanenden - Bearbeitung von Werkstücken weltweit eingesetzt. Werkzeuge, vor allem Wendeschneidplatten, werden z.B. nach DIN von vielen Herstellern gefertigt.
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Aus der Praxis ist es bekannt, Bearbeitungswerkzeuge während ihres Betriebs in einer Bearbeitungsmaschine zu überwachen. Hierzu ist z.B. eine Verwendung von Wärmebildkameras, eine Überwachung der Leistungsaufnahme von Vorschub- oder Spindelmotoren oder eine Photoüberwachung bekannt.
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Aus der
DE 35 35 474 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Grenzverschleiss und/oder Schneidenbruch bei Werkzeugen mit einer in dem Schneidwerkstoff oder dem Verschleisswerkstoff, z. B. in die Schneidplatte, eingebetteten isolierten Leiterbahn bekannt, die mit einer Spannungsquelle in Verbindung steht und einen Teil eines Schaltkreises bildet, der zum Auslösen eines Signals zum Abbrechen des Bearbeitungsvorgangs dient. Mindestens zwei Leiterbahnen sind vorgesehen, von denen die eine Teil eines geschlossenen Schaltkreises ist, während die andere einen Teil eines offenen Schaltkreises bildet, und das zum Abbruch des Arbeitsvorgangs dienende Signal dann entsteht, wenn entweder die Leiterbahn im geschlossenen Schaltkreis unterbrochen oder die Leiterbahn im offenen Schaltkreis geschlossen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Überwachung von Bearbeitungswerkzeugen zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bearbeitungswerkzeug gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das Bearbeitungswerkzeug ist ein solches für eine Bearbeitungsmaschine. Das Bearbeitungswerkzeug ist in einem bestimmungsgemäßen Bearbeitungszustand mit einer Bearbeitungskraft entlang eines Kraftpfades beaufschlagt. Der bestimmungsgemäße Bearbeitungszustand ist derjenige, wenn das Bearbeitungswerkzeug gemäß seiner Entwurfs- bzw. Einsatzvorgaben in einer hierfür vorgesehenen Bearbeitungsmaschine betrieben wird.
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Das Bearbeitungswerkzeug enthält mindestens einen Kraftaufnehmer. Der Kraftaufnehmer ist messtechnisch am Kraftpfad angekoppelt. Die Ankopplung dient zur Erfassung einer Messgröße. Die Messgröße ist mit der Bearbeitungskraft korreliert. Die Korrelation besteht insbesondere darin, dass ein Großteil der Bearbeitungskraft vom Kraftaufnehmer aufgenommen wird. Insbesondere ist bekanntermaßen (zum Beispiel durch Simulation oder Versuche) die Messgröße proportional zur tatsächlichen Bearbeitungskraft. So kann zumindest ein relativer, insbesondere ein absoluter Wert der Bearbeitungskraft aus dem Messwert rückgerechnet oder rückermittelt werden. Das Bearbeitungswerkzeug enthält mindestens eine Schnittstelle. Die Schnittstelle ist mit dem Kraftaufnehmer verbunden bzw. ist jeder Kraftaufnehmer mit mindestens einer Schnittstelle verbunden. Die Verbindung dient der Übertragung der Messgröße vom Kraftaufnehmer an die Schnittstelle. Insbesondere dient die Verbindung auch einer Energieversorgung des Kraftaufnehmers. Die Schnittstelle ist zur Übertragung der Messgröße an eine Gegen-Schnittstelle ausgebildet. Der Kraftaufnehmer ist fest und unlösbar am Bearbeitungswerkzeug angebracht. Insbesondere ist der Kraftaufnehmer bei der Herstellung oder noch vor der endgültigen Fertigstellung des Bearbeitungswerkzeuges an diesem angebracht. Insbesondere bildet der Kraftaufnehmer einen integralen Bestandteil des Bearbeitungswerkzeuges.
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Von der Gegen-Schnittstelle wird das Signal bzw. die Messgröße dann an eine Gegenstelle weitergeleitet, wo die Messgröße weiterverarbeitet wird. Die Übertragung von der Gegen-Schnittstelle zur Gegenstelle erfolgt insbesondere zumindest abschnittsweise drahtlos, z.B. mittel RFID.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich ein sensorisiertes Bearbeitungswerkzeug, welches einen eigenen, d.h. integrierten, Kraftaufnehmer enthält, um die Kraft (zumindest eine damit korrelierte Messgröße) im Kraftpfad zu messen, mit welcher das Bearbeitungswerkzeug im Messzeitpunkt belastet ist. Der Kraftaufnehmer ist insbesondere ein sogenannter SENSOTECT®1-Kraftaufnehmer, d.h. dieser kann eine derartige Beschichtung enthalten oder aus einer solchen bestehen. Die Übertragung der Messgröße an die Gegen-Schnittstelle ist insbesondere als elektrischer Kontakt ausgebildet. Durch die kombinierte Mess- und Schnittstelleneinheit ergibt sich der Vorteil, jederzeit bzw. dauerhaft Aussagen über die aktuell am Bearbeitungswerkzeug vorhandene Bearbeitungskraft an der Maschine zur Verfügung zu haben.
1 „SENSOTECT“ ist eine eingetragene Marke der Schaeffler Technologies AG & Co. KG, 91074 Herzogenaurach, Deutschland
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Da die Messgröße mit der Bearbeitungskraft korreliert ist, kann von der Messgröße auf die aktuell gemessene Bearbeitungskraft rückgeschlossen werden.
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Die Messergebnisse, also die ermittelte Messgröße bzw. Bearbeitungskraft kann insbesondere von einer Software fortlaufend aufgezeichnet und miteinander verglichen werden. Verschleißt nun das Bearbeitungswerkzeug, z.B. eine Wendeschneidplatte, wird auch die benötigte Kraft erhöht und kann - z.B. in einem Diagramm - beurteilt werden. Es können Grenzen definiert werden und der Werker wird aufgefordert das Bearbeitungswerkzeug zu tauschen.
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Ein weiterer Effekt kann genutzt bzw. z.B. durch eine Software erzielt werden. Es können Bereiche (Zeitfenster, Prozessabschnitte, etc.) definiert werden, in denen im fehlerfreien Betrieb keine Krafteinleitung in das Bearbeitungswerkzeug stattfinden sollte oder darf, wenn z.B. im Maschinenprogramm der Eilgang aktiviert ist oder der Werker von Hand in die Maschine eingreift. In diesem Falle dürfte keine Kraft auf das Bearbeitungswerkzeug, insbesondere dessen Schneide, wirken. Kommt es trotzdem zu einer Krafteinleitung, hatte das Bearbeitungswerkzeug bzw. die Schneide Fremdkontakt. Dieser kann dokumentiert werden und die Störquelle kann ermittelt werden.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich ein sensorisiertes Bearbeitungswerkzeug. Belastungen am Bearbeitungswerkzeug, z.B. Wendeschneidplattenbelastungen, können überwacht und Verschleiß kann erkannt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer eine auf der Oberfläche des Bearbeitungswerkzeugs aufgebrachte Sensorschicht. Auf das Bearbeitungswerkzeug, z.B. standardisierte Wendeschneidplatten wird eine Schicht, insbesondere eine SENSOTECT®-Schicht aufgebracht. Die Wirkrichtung wird dabei insbesondere zur Krafteinleitungsrichtung ausgerichtet. Bei Einleitung einer Kraft (z.B. Zerspanungsvorgang) ändert sich nun der Widerstand innerhalb der (SENSOTECT®-) Schicht. So kann die mit der Bearbeitungskraft korrelierte Messgröße erfasst werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer im Inneren des (insbesondere einstückigen kraftübertragenden Teils des) Bearbeitungswerkzeuges angeordnet. Die Anordnung im Inneren erfolgt zum Beispiel durch Aufnahme in einem Hohlraum des Bearbeitungswerkzeuges. Der Hohlraum ist insbesondere nach außen hin abgedichtet, sodass die im Inneren des Bearbeitungswerkzeuges angeordneten Komponenten vor Umwelteinflüssen wie Spänen, Kühlmittel usw. geschützt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer in einer in das Bearbeitungswerkzeug eingebrachten Ausnehmung angeordnet. Eine derartige Ausnehmung ist in der Regel in das Bearbeitungswerkzeug einfacher einbringbar als ein Hohlraum. Die Ausnehmung ist insbesondere ein Sackloch bzw. eine Vertiefung, welche von der Oberfläche des Bearbeitungswerkzeuges aus zugänglich ist, insbesondere eine Bohrung.
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Die Ausnehmung für den Kraftsensor befindet sich insbesondere an einer Stelle des Bearbeitungswerkzeuges, die vom Kraftpfad oder einem Großteil des Kraftpfades durchlaufen wäre, wenn die Ausnehmung nicht vorhanden wäre. Mit anderen Worten wird im Bearbeitungswerkzeug ein Bereich des einstückigen bzw. Vollmaterials gesucht, welcher vom Kraftpfad durchlaufen ist. Dort wird die entsprechende Ausnehmung für den Kraftsensor eingebracht. So kann der Kraftsensor im Kraftpfad eingebracht werden.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer als Passelement für die Ausnehmung ausgeführt. Die Passung des Passelements ist insbesondere so ausgeführt, dass durch Einsetzen des Passelements der Kraftpfad durch die Ausnehmung hindurch und durch das Passelement hindurch zumindest teilweise wieder so geschlossen ist, wie es bei Vollmaterial wäre. Somit verläuft der Kraftpfad durch den Kraftaufnehmer hindurch. Der Kraftaufnehmer ist insbesondere als Kraftmessbolzen ausgeführt, welcher passgenau in eine entsprechende Bohrung als Ausnehmung einpressbar ist oder alternativ als Sensorschicht, vor allem als SENSOTECT®-Schicht. So sitzt der Kraftaufnehmer möglichst gut im Kraftpfad und der Kraftpfad ist an dieser Stelle auch wieder geschlossen und dient der Kraftübertragung. So ergibt sich insbesondere eine SENSOTECT®-Wendeschneidplatte.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer im Bereich eines bestimmungsgemäßen Krafteinleitungspunktes des Bearbeitungswerkzeuges angeordnet. „Punkt“ ist hier weit zu verstehen: Es kann auch ein linien- oder flächenhafter Krafteinleitungsbereich sein. Der Krafteinleitungspunkt bezieht sich wieder auf den bestimmungsgemäßen Bearbeitungszustand bzw. Betriebszustand des Bearbeitungswerkzeuges. Am Krafteinleitungspunkt oder in dessen Bereich ist der Kraftpfad am konzentriertesten, weshalb ein dort platzierter Kraftaufnehmer möglichst viel der tatsächlich wirkenden Kraft aufnehmen kann. Die vom Kraftaufnehmer erzeugte Messgröße weist damit möglichst große Amplitude auf und ist besonders gut mit der tatsächlich durch den Werkzeughalter übertragenen Bearbeitungskraft korreliert. Der Krafteinleitungspunkt ist insbesondere eine Bearbeitungszone des Bearbeitungswerkzeuges. Insbesondere ist der Kraftaufnehmer an einer Freifläche unterhalb (in Kraftrichtung gesehen) der Bearbeitungszone angeordnet.
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Insbesondere ist der Krafteinleitungspunkt eine Bearbeitungszone des Bearbeitungswerkzeuges, insbesondere eine Schneide. Bearbeitungszonen, vor allem Schneiden sind am Werkzeug leicht zu identifizieren, so dass sich eine leichte Platzierung des Kraftsensors ergibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform unterliegt die Bearbeitungszone einem Materialabtrag, und die Bearbeitungszone weist eine Verschleißgrenze für maximal zulässigen Materialabtrag auf, wobei der Kraftaufnehmer im Bereich der Verschließgrenze angeordnet ist. Der Kraftaufnehmer, insbesondere als Schicht, befindet sich dabei insbesondere im Bereich der Freifläche der Schneide und ist insbesondere nur um ein reguläres Abstandsmaß (Verschleißgrenze, z.B. ca. 0,2mm, ggf. zzgl. eines Sicherheitsabstandes) unterhalb der Hauptschneide des Werkzeugs aufgebracht. Normaler Verschleiß eines Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere einer Wende(schneid)platte führt zu einem Abbrand im Bereich der Freifläche auf der sich insbesondere der Kraftsensor bzw. die Sensorschicht (z.B. SENSOTECT®) befindet. Normaler Verschleiß sollte das Abstandsmaß bzw. die Verschleißgrenze nicht überschreiten (z.B. zwischen 0,15mm und 0,2mm betragen). Ab diesem Betrag werden in der Regel die Maßsprünge und die Oberfläche so schlecht, dass das Werkzeug getauscht werden muss. Der Kraftaufnehmer befindet sich dann so nah wie möglich am Krafteinleitungspunkt ohne dass dieser im regulären Betrieb zerstört wird. Solche Abstandsmaße sind insbesondere maximal 0,05mm, 0,1mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4mm, 0,5mm oder 1,2,3,5 oder 10mm, je nach Anwendungsfall.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält der Kraftaufnehmer eine elektrische Leitung, die an der Verschleißgrenze angeordnet ist, so dass diese abgetragen wird, wenn der Verschleiß die Verschleißgrenze übersteigt. An der Verschleißgrenze wäre das Werkzeug spätestens zu tauschen. Wird dies nun durch den Werker unterlassen, so wird die Leitung, z.B. eine Leitung der bzw. die (SENSOTECT®-)Sensorschicht angegriffen und zerstört. Der Stromfluss durch die Leitung ist unterbrochen. Eine Auswerteschaltung, z.B. eine Software, kann dies nun erkennen, da kein Signal mehr durchgeleitet wird und kann die Maschine anhalten. Der Werker wird aufgefordert das Bearbeitungswerkzeug zu tauschen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bearbeitungswerkzeug ein Drehwerkzeug (Drehmeißel), eine Wendeschneidplatte, ein Bohrer oder ein Fräser. Derartige Bauteile sind besonders üblich bzw. weit verbreitet und können gemäß der Erfindung als überwachte Werkzeughalter dienen. So ergibt sich insbesondere eine sensorisierte Wendeschneidplatte für die Dreh-Bohr- und Fräsbearbeitung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelle in einem Kontaktbereich des Bearbeitungswerkzeuges angeordnet, mit dem das Bearbeitungswerkzeug an einem Werkzeughalter bzw. einem Abschnitt dessen anlegbar ist, in dem eine Gegen-Schnittstelle vorhanden ist. Der beschriebene Ort bzw. Kontaktbereich am Bearbeitungswerkzeug ist der, an dem im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Abschnitt des Werkzeughalters anliegt, z.B. eine Anlagefläche, die die Gegen-Schnittstelle enthält. An diesem Abschnitt ist dann die Gegen-Schnittstelle (z.B. Gegenkontakte) zur Schnittstelle am Werkzeughalter angebracht. So kann über die Schnittstelle und die Gegen-Schnittstelle an diesem Ort eine Kommunikationsverbindung zu dem, das Bearbeitungswerkzeug aufnehmendem Werkzeughalter hergestellt werden und so die Messgröße weitergeleitet bzw. vom Bearbeitungswerkzeug weg geleitet werden. Insbesondere werden zwei Pole einer Schnittstelle (Endkontakte einer Leiterschleife des Kraftaufnehmers) um eine Ecke bzw. Kante des Bearbeitungswerkzeugs (z.B. Wendeplatte) herumgeführt bis zu einem Bereich in dem der Werkzeugsitz (Wendeplattensitz) des Werkzeughalters beginnt. In diesem Bereich des Werkzeughalters ist der Kontaktbereich, dort kann nun die Herstellung des Kontaktes zwischen dem Kraftaufnehmer und einer in der Maschine weiterführenden Verbindungsleitung o.ä. erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schnittstelle mindestens einen elektrischen Kontakt. So ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit der Verbindung der Schnittstelle mit einer Gegen-Schnittstelle, um eine signalleitende Verbindung herzustellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bearbeitungswerkzeug ein Wendewerkzeug mit mindestens zwei Werkzeugabschnitten, und jedem der Werkzeugabschnitte ist ein Kraftaufnehmer zugeordnet. Insbesondere ist jedem der Abschnitte auch jeweils eine Schnittstelle zugeordnet. Dabei handelt es sich insbesondere um eine jeweils geometrisch gleiche Anordnung, z.B. relativ zu einer Schneide oder einem Werkzeughalter. Die mehrfachen Anordnungen aus Kraftaufnehmer, Schnittstelle, Leitungen etc. sind gegenüber sich selbst also „kopiert“ und z.B. verschoben oder gedreht. Zum Beispiel weist eine Wendeplatte mit zwei Drehpositionen zum Einsetzen in einen Werkzeughalter zwei Schneiden auf, die um 180° verdreht sind. Der Kraftaufnehmer (z.B. eine SENSOTECT®-Schicht) ist also zweimal auf der Wendeplatte aufgetragen. Die beiden Strukturen sind dabei um 180° „gespiegelt“ bzw. kopiert und verdreht).
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Messeinrichtung. Die Messeinrichtung ist eine Messeinrichtung für ein Bearbeitungswerkzeug einer Bearbeitungsmaschine. Die Messeinrichtung enthält mindestens den Kraftsensor und die mit diesem verbundene Schnittstelle (also auch die hierzu nötigen Verbindungsmittel, insbesondere mindestens eine Verbindungsleitung) des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeuges. Die Messeinrichtung enthält auch eine Gegen-Schnittstelle zum Empfang der von der Schnittstelle übertragenen Messgrößen. Eine derartige Gegen-Schnittstelle ist insbesondere in der Bearbeitungsmaschine an einem Halter für das Bearbeitungswerkzeug installierbar. Die Messeinrichtung und zumindest ein Teil deren Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeug erläutert.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen, wobei in diesem Zusammenhang als „Erfindung“ auch Ausführungsformen der Erfindung genannt sind, die Teilen oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass Wendeschneidplatten oder Werkzeuge im Allgemeinen z.B. durch Wärmebildkameras überwacht werden können. Eine weitere Möglichkeit der Überwachung bietet die Überwachung der Leistungsaufnahme der Vorschub- oder Spindelmotoren. Diese ist jedoch ungenau da zwischen Wirkstelle der Zerspanung und Leistung am Motor viele Leistungsverluste wie z.B. Reibung nicht erfasst werden. Eine weitere Überwachungsmöglichkeit ist die Photoüberwachung bei der der Verschleiß über eine Bilderkennung stattfindet. Diese ist jedoch störanfällig, da Späne und andere Medien die Bilderkennung schwierig gestalten können. Die Überwachung mittels Körperschall gestaltet sich beim Drehen schwierig, da Drehwerkzeuge unterschiedliche Eingriffswinkel in der Bearbeitung haben.
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Ziel der Erfindung ist die wirtschaftliche Überwachung der Schnittkräfte nach dem Industrie-4.0-Gedanken. Hierbei soll für jeden zerspanenden Bearbeitungsvorgang die Kraft dokumentiert werden können. Es sollte bei der Erreichung einer Obergrenze des Verschleißes ebenfalls eine Meldung oder ein Rückschluss möglich sein.
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Die Erfindung lässt sich bei einem Großteil von Bearbeitungswerkzeugen einsetzen. Diese Art der Werkzeuge wird täglich 100.000-fach produziert und verbraucht. Die Erfindung ist somit vielfach einsetzbar.
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Die Erfindung lässt sich bei einem Großteil von Werkzeugherstellern nutzen und ist auch diesbezüglich vielfach einsetzbar.
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Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 ein sensorisiertes Bearbeitungswerkzeug in Seitenansicht,
- 2 einen Werkzeughalter mit dem Bearbeitungswerkzeug aus 1 in Draufsicht,
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1 zeigt ein Bearbeitungswerkzeug 2, hier eine Wendeschneidplatte in Seitenansicht (Richtung des Pfeils I in 2). 2 zeigt einen Werkzeughalter 4 in Form eines Wendeschneidplattenhalters mit dem auf diesem gehaltenen bzw. befestigten Bearbeitungswerkzeug 2 in Draufsicht, d.h. in Richtung des Pfeils II in 1.
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Auf dem Werkzeughalter 4 ist das Bearbeitungswerkzeug 2 mit einer nicht näher erläuterten Schraube fixiert. Der Werkzeughalter 4 ist in einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine, hier einer Drehmaschine gehalten. Der Werkzeughalter 4 befindet sich in einem Bearbeitungszustand B, das heißt mit Hilfe des Werkzeughalters 4 und des Bearbeitungswerkzeugs 2 wird ein nicht dargestelltes Werkstück bearbeitet.
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Bei der Bearbeitung des Werkstücks tritt eine Bearbeitungskraft F auf, die vom Werkstück in das Bearbeitungswerkzeug 2 bzw. dessen Bearbeitungsspitze 6 eingeleitet wird. Eine Gegenkraft in Form einer (eventuelle abweichenden) Bearbeitungskraft F wird über einen nicht näher erläuterten Schaft 7 des Werkzeughalters 4 eingeleitet. Im Bearbeitungswerkzeug 2 verläuft die Bearbeitungskraft F entlang eines Kraftpfades 12, der in 1 nur symbolisch angedeutet ist.
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Das Bearbeitungswerkzeug 2 enthält einen Kraftaufnehmer 14. Der Kraftaufnehmer 14 ist messtechnisch am Kraftpfad 12 angekoppelt, um die Bearbeitungskraft F (bzw. einen bestimmten Proportionalanteil dieser) in Form einer symbolisch angedeuteten Messgröße M zu erfassen. Das Bearbeitungswerkzeug 2 enthält auch eine Schnittstelle 16, die mit dem Kraftaufnehmer 14 verbunden ist, um die Messgröße M vom Kraftaufnehmer 14 zur Schnittstelle 16 zu übertragen. Die Schnittstelle 16 ist dazu ausgebildet, die Messgröße M an eine Gegen-Schnittstelle 36 zu übertragen. Diese Übertragung erfolgt drahtgebunden, hier mittels elektrischer Kontakte 17.
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Der Kraftaufnehmer 14 und die Schnittstelle 16 sind auf der Oberfläche des Bearbeitungswerkzeuges 2 angeordnet. Der Kraftaufnehmer 14 ist hierbei so angeordnet, dass eine Kraftübertragung entlang des Kraftpfades 12 (zumindest eines Teils) der Bearbeitungskraft F über den Bereich des Bearbeitungswerkzeuges 2 erfolgt, an dem der Kraftaufnehmer 14 angeordnet ist. So kann der Kraftaufnehmer 14 die jeweilige Bearbeitungskraft F bzw. deren Anteil in Form der Messgröße M erfassen.
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Der Kraftaufnehmer 14 ist derart platziert, dass dieser jeweils im Bereich eines bestimmungsgemäßen Krafteinleitungspunktes 24a des Bearbeitungswerkzeuges 2 angeordnet ist. Der Krafteinleitungspunkt 24a (bzw. Einleitungsfläche) ist im Beispiel eine Bearbeitungszone 25a, hier eine Schneide, des Bearbeitungswerkzeuges 2.
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Die Verbindung von Kraftaufnehmer 14 und Schnittstelle 16 erfolgt über eine Verbindungsleitung 30. Die Verbindungsleitung 30 ist auf der Oberfläche des Bearbeitungswerkzeuges 2 bzw. dessen Freifläche 33 angeordnet.
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Zusammen mit der Gegen-Schnittstelle 36 bildet der Kraftaufnehmer 14, die Schnittstelle 16 und die beide Elemente verbindende elektrische Verbindungsleitung 30 eine Messeinrichtung 28 für das Bearbeitungswerkzeug 2 der Bearbeitungsmaschine. Die Gegen-Schnittstelle 36 ist hierbei am Werkzeughalter 4 für das Bearbeitungswerkzeug 2 in der Bearbeitungsmaschine installiert. Die Gegen-Schnittstelle 36 dient also zum Empfang der von der Schnittstelle 16 übertragenen Messgröße M.
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Der Kraftaufnehmer 14 ist hier eine Sensorschicht in Form einer SENSOTECT®-Schicht bzw. -Struktur, die auf der Oberfläche des Bearbeitungswerkzeuges 2 bei dessen Herstellung aufgebracht ist.
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Die Bearbeitungszone 25a unterliegt im regulären Betrieb einem Materialabtrag, der bis zu einer Verschleißgrenze 34 erfolgen darf. Der Abstand A zwischen der Verschleißgrenze 34 und der Bearbeitungszone 25a bei einem neuen Bearbeitungswerkzeug 2 beträgt 0,2mm. Der erlaubte Materialabtrag ist also ebenfalls auf 0,2mm begrenzt. Der Kraftaufnehmer 14 ist im Bereich der Verschleißgrenze, hier in Abtragungsrichtung direkt angrenzend an diese unterhalb (in Richtung der Bearbeitungskraft F) angeordnet.
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Der Kraftaufnehmer 14 enthält mehrere in Serie geschaltete elektrische Leitungen 35, hier Abschnitte einer Sensorwendel. Diese sind unmittelbar an bzw. auf der Verschleißgrenze 34 angeordnet. Die Leitungen 35 werden daher abgetragen, wenn der Verschleiß die Verschleißgrenze übersteigt. So kann das Überschreiten der Verschleißgrenze 34 durch Unterbrechung mindestens einer der Leitungen 35 detektiert werden.
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Die Schnittstelle 16 bzw. die Kontakte 17 sind in einem Kontaktbereich des Bearbeitungswerkzeuges 2 angeordnet. Mit diesem Kontaktbereich ist das Bearbeitungswerkzeug 2 am Werkzeughalter 4 bzw. an einer Anlagefläche dessen, im Bereich einer Gegen-Schnittstelle 36 anlegbar. So können die Kontakte 17 (in 2 symbolisch innerhalb des Werkzeugs dargestellt) an Gegenkontakten 38 der Gegen-Schnittstelle 36 am Werkzeughalter 4 anliegen, um eine elektrische Verbindung zu einer weiterführenden Signalleitung 40 am Werkzeughalter 4 herzustellen. Der Messwert M kann dann über die Signalleitung 40 zu einer Gegenstelle 18 weitergeleitet werden. Dieser Signalweg erfolgt insbesondere zumindest abschnittsweise drahtlos.
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Das Bearbeitungswerkzeug 2 ist ein Wendewerkzeug. Durch eine Drehung um 180° um die Drehachse 42 wird eine zweite Bearbeitungszone 25b an den Ort der in 2 dargestellten Bearbeitungszone 25a gebracht. Auch an der Bearbeitungszone 25b ist (identisch zur Bearbeitungszone 25a) ein Kraftaufnehmer 14 mit Signalleitung 30 und Schnittstelle 16 angebracht. Die beiden Kraftaufnehmer 14 sind in 2 symbolisch im Inneren des Bearbeitungswerkzeugs 2 dargestellt. 1 zeigt damit identisch auch eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils I' in 2, nur dass dann die Bearbeitungszone 25b statt der Bearbeitungszone 25a sichtbar wäre. Der Krafteinleitungspunkt 24a wird dann zum Krafteinleitungspunkt 24b.
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Die Bearbeitungszone 25a mit zugehörigem Kraftaufnehmer 14, Verbindungsleitung 30 und Schnittstelle 16 bildet daher einen Werkzeugabschnitt 44a. Die Bearbeitungszone 25b mit den zugehörigen entsprechenden Komponenten bildet einen Werkzeugabschnitt 44b.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bearbeitungswerkzeug
- 4
- Werkzeughalter
- 6
- Bearbeitungsspitze
- 7
- Schaft
- 12
- Kraftpfad
- 14
- Kraftaufnehmer
- 16
- Schnittstelle
- 17
- Kontakt
- 18
- Gegenstelle
- 24a,b
- Krafteinleitungspunkt
- 25a,b
- Bearbeitungszone
- 28
- Messeinrichtung
- 30
- Verbindungsleitung
- 33
- Freifläche
- 34
- Verschleißgrenze
- 35
- Leitung
- 36
- Gegen-Schnittstelle
- 38
- Gegenkontakt
- 40
- Signalleitung
- 42
- Drehachse
- 44a,b
- Werkzeugabschnitt
- F
- Bearbeitungskraft
- B
- Bearbeitungszustand
- M
- Messgröße
- A
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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