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Title:
CHUCK
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/032450
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a chuck having a chuck body (2) and a plurality of clamping jaws (4) which are adjustably mounted on the chuck body (2), having a means for generating electrical energy in order to supply at least one sensor and/or actuator and/or communication unit associated with the chuck body (2) and/or the clamping jaws (4).

Inventors:
STANGL MARTIN (DE)
NEUBAUER CHRISTIAN (DE)
DOLPP ANDREAS (DE)
GRÄSSLE JENS (DE)
KRÄNZLE STEFFEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/071770
Publication Date:
February 25, 2021
Filing Date:
August 03, 2020
Export Citation:
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Assignee:
ROEHM GMBH (DE)
International Classes:
B23B31/28; B23B31/16; B23Q1/00; B23Q17/00; H01L31/00; H01L35/00; H02J1/02; H02J7/32; H02J7/34; H02J7/35; H02J50/00; H02J50/10; H02K35/04
Attorney, Agent or Firm:
HENTRICH PATENTANWÄLTE PARTG MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Spannfutter mit einem Futterkörper (2) und einer Mehrzahl verstellbar am Futterkörper (2) gelagerten Spannbacken (4), mit einem Mittel zur Generierung elektrischer Energie zur Versorgung von mindestens einem dem Futterkörper (2) und/oder den Spannbacken (4) zugeordneten Sensor und/oder Aktor und/oder einer Kommunikationseinheit.

2. Spannfutter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) durch einen elektrischen Generator zur Wandlung kinetischer Energie in elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion gebildet sind.

3. Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den elektrischen Generator aufladbare elektrische Speicherzelle (14) in den Stromkreis von dem Sensor oder Aktor oder der Kommunikationseinheit geschaltet ist.

4. Spannfutter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Laborsystem stationärer Ring (6) mit mindestens einem Magneten (7) den Futterkörper (2) umfasst, und dass am Futterkörper (2) dem Ring (6) gegenüberliegend eine Spule (8) angeordnet ist. 5. Spannfutter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Futterkörper (2) drehbar ein Ring (6) mit mindestens einem Magneten (7) gelagert ist, dass der Ring (6) eine anisotrope Massenverteilung mit einer an einer Umfangsstelle erhöhten Masse aufweist, und dass am Futterkörper (2) dem Ring (6) gegenüberliegend eine Spule (8) angeordnet ist.

6. Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (6) über ein Kugellager (9) oder ein Rollenlager oder ein Luftkissen am

Futterkörper (2) gelagert ist.

7. Spannfutter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Futterkörper (2) oder mindestens einer der Spannbacken (4) eine durch die Fliehkraft verstellbare Masse (11) gelagert ist, deren Verstellung zur Betätigung des Generators genutzt ist.

8. Spannfutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (11 ) mit einer Zahnstange (12) verbunden ist, die mit einem Ritzel (13) kämmt, dessen Verdrehung die Lageänderung des Magneten (7) gegenüber der Spule (8) des Generators bewirkt. 9. Spannfutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die

Masse (11) über eine Spindelmutter mit einer Gewindestange zusammenwirkt, deren Verdrehung die Lageänderung des Magneten (7) gegenüber der Spule (8) des Generators bewirkt.

10. Spannfutter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Futterkörper (2) und/oder mindestens einer der

Spannbacken (4) ein durch ein Fluid antreibbares Flügelrad (15) zugeordnet ist, dessen Welle (16) durch ihre Verdrehung die Lageänderung des Magneten (7) gegenüber der Spule (8) bewirkt.

11. Spannfutter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (15) durch ein den Futterkörper (2) durchströmendes Kühlmittel beaufschlagbar ist.

12. Spannfutter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (15) der Oberfläche des Futterkörpers (2) und/oder der

Spannbacke (4) zugeordnet ist zur Beaufschlagung durch den Fahrtwind bei dem drehenden Antrieb des Futterkörpers (2).

13. Spannfutter nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass einem Teil von Futterkörper (2) und Spannbacke (4) ein bei der Verstellung der Spannbacke (4) relativ zum

Futterkörper (2) an der Oberfläche des anderen Teils von Futterkörper (2) und Spannbacke abrollendes Reibrad (17) zugeordnet ist, dessen Welle (16) durch ihre Verdrehung die Lageänderung des Magneten (7) gegenüber der Spule (8) bewirkt. 14. Spannfutter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das

Reibrad (17) ein Ritzel (13) trägt, das in einem Zahnstangenprofil kämmt.

15. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass einem Teil von Futterkörper (2) und Spannbacke (4) ein Magnet (7) zugeordnet ist, der bei der Verstellung der Spannbacke (4) relativ zum Futterkörper (2) eine Spannung in eine dem anderen Teil von Futterkörper (2) und Spannbacke (4) zugeordnete Spule (8) induziert.

16. Spannfutter nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Futterkörper (2) und/oder mindestens einer der Spannbacken (4) ein piezoelektrischer Kristall (18) zur Speisung der elektrischen Speicherzelle (14) angeordnet ist.

17. Spannfutter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Kristall (18) als einseitig fixierter Biegestab in einem Hohlraum (22) der Spannbacke (4) angeordnet ist.

18. Spannfutter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Spannfutter (1) in Richtung der Führungsaufnahme (3) ein biegeelastischer Piezokristall (18) einseitig fixiert ist, der an seinem freien Ende eine Masse (11 ) trägt. 19. Spannfutter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse

(11) durch einen Magneten (7) gebildet ist, der mit einer Spule (8) zusammenwirkt.

20. Spannfutter nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel durch einen in einer Spannbacke (4) in einem Hohlraum (22) einseitig fixierten Biegestab (21) gebildet sind, der einen Magneten

(7) trägt zur Zusammenwirkung mit einer Spule (8).

21.Spannfutter nach einem der Ansprüche 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Futterkörper (2) und/oder mindestens einer der Spannbacken (4) ein Peltierelement (19) zur Speisung der elektrischen Speicherzelle (14) angeordnet ist.

22. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) durch eine auf der Oberfläche von dem Futterkörper (2) und/oder mindestens einer der Spannbacken (4) angeordnete Fotozelle (20) gebildet ist.

23. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) durch eine dem Futterkörper (2) zugeordnete Brennstoffzelle gebildet ist, und dass im Futterkörper (2) eine Kavität zur Aufnahme eines Brennstoffes ausgebildet ist, der zur Versorgung der Brennstoffzelle vorgesehen ist.

24. Spannfutter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität durch einen Tank gebildet ist, der in Umfangsrichtung des Futterkörpers (2) verläuft.

25. Spannfutter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität zur Aufnahme eines Brennstoffbehälters ausgelegt ist.

Description:
Spannfutter

Die Erfindung ist gebildet durch ein Spannfutter mit einem Futterkörper und einer Mehrzahl verstellbarem Futterkörper gelagerten Spannbacken, mit einem Mittel zur Generierung elektrischer Energie zur Versorgung von mindestens einem dem Futterkörper und/oder den Spannbacken zugeordneten Sensor und/oder Aktor und/oder einer Kommunikationseinheit.

Spannfutter dienen dazu, Werkstücke sicher einzuspannen, um diese einer weiteren Bearbeitung zuzuführen, bzw. Werkzeuge zu spannen, um eine Bearbeitung der Werkstücke zu ermöglichen. Die Spannfutter sind dafür auf der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine montiert und werden drehend angetrieben, wobei bei modernen Spannfuttern sehr hohe Drehzahlen möglich sind, um eine hohen Schnittleistung für eine spanende Bearbeitung zu ermöglichen. Die hohen Drehzahlen sind mit entsprechend hohen Fliehkräften verbunden, die auf die Spannbacken wirken und so die durch die Spannbacken übertragene Spannkraft beeinflussen, wobei bei einer Außenspannung eine Abschwächung der Spannkraft gegeben ist, die ein sicheres Spannen gefährdet. Bei einer Innenspannung ist eine Erhöhung der Spannkraft gegeben, die insbesondere bei deformationsempfindlichen Werkstücken problematisch sein kann.

Der rein mechanische Aufbau der Spannfutter bietet nur begrenzte und aufwendige Möglichkeiten, dies zu berücksichtigen und zu kompensieren. Darüber hinaus besteht das Bedürfnis, Spannfutter genauer zu überwachen, deren Tätigkeit zu kontrollieren und zu vernetzen, so dass das Erfordernis besteht Spannfutter mit Sensoren, Aktoren oder Kommunikationseinheiten auszustatten, for deren Betrieb eine Energieversorgung erforderlich ist, insbesondere die Bereitstellung elektrischer Energie. Da die Spannfutter drehend angetrieben werden ist dies nicht trivial. Es gibt den Vorschlag, bei Spannfuttern im Stillstand eine elektrische Steckverbindung herzustellen und erforderliche elektrische Energie in dem Spannfutter zu speichern, wobei die Steckverbindung zum Ende der Stillstandphase des Spannfutters, nach dem Wechsel des Werkstücks oder der Spannbacken beispielsweise, wieder beseitigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter bereitzustellen, bei dem die Energieversorgung vereinfacht und insbesondere kontinuierlich ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird durch das eingangs genannte Spannfutter gelöst, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Mittel zur Generierung elektrischer Energie unmittelbar dem Spannfutter zugeordnet ist und dabei ausgenutzt wird, dass aufgrund des Einsatzes des Spannfutters potentielle Energie bereitgestellt ist, die in die benötigte elektrische Energie gewandelt werden kann. So liegt aufgrund des drehenden Einsatzes des Spannfutters kinetische Energie vor, was ausgenutzt werden kann, indem die Mittel durch einen elektrischen Generator zur Wandlung kinetischer Energie in elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion gebildet sind. Die originäre Energiequelle ist damit die zum Antreiben der Werkzeugmaschine mit der Arbeitsspindel genutzte Energie, so dass nach dem Dynamo-Prinzip die drehend bereitgestellte kinetische Energie durch einen elektrischen Generator gewandelt werden kann. Bevorzugt ist dabei, dass eine durch den elektrischen Generator aufladbare elektrische Speicherzellen in den Stromkreis von dem Sensor oder Aktor oder der Kommunikationseinheit geschaltet ist, so dass die generierte elektrische Energie nicht sofort verbraucht werden muss, sondern zu einem späteren Verbrauch zwischengespeichert werden kann.

Zur Realisierung des elektrischen Generators ist vorgesehen, dass ein im Laborsystem stationärer Ring mit mindestens einem Magneten den Futterkörper umfasst, und dass am Futterkörper dem Ring gegenüberliegend eine Spule angeordnet ist, so dass durch die Relativbewegung von dem Magneten und der Spule bei dem drehenden Antrieb des Spannfutters die gewünschte magnetische Induktion gegeben ist.

Dabei besteht auch die Möglichkeit, dass im Futterkörper drehbar ein Ring mit mindestens einem Magneten gelagert ist, dass der Ring eine anisotrope Massenverteilung mit einer an einer Umfangstelle erhöhten Masse aufweist, und dass am Futterkörper dem Ring gegenüberliegend eine Spule angeordnet ist. Die anisotrope Massenverteilung mit der an einer Umfangsstelle erhöhten Masse führt dazu, dass dieser Teil des Ringes unter der Wirkung der Schwerkraft sich am unteren Ende des Futterkörper ausrichten wird, wobei diese Ausrichtung auch erhalten bleibt, wenn das Spannfutter angetrieben wird, da der Ring drehbar an dem Futterkörper gelagert ist. Die Schwerkraft bewirkt dann, dass der Ring die energetisch bevorzugte Lage einnimmt, wobei darauf hinzuweisen ist, dass die gewünschte elektromagnetische Induktion bereits dann gegeben ist, wenn eine Relativdrehung des Spannfutters gegenüber dem Ring erfolgt, also der Ring durchaus sich bewegen darf, solange das Spannfutter eine dazu abweichende Bewegung durchführt. Die Ausrichtung des Ringes in dem Schwerefeld wird erleichtert, indem der Ring über ein Kugellager oder ein Rollenlager oder ein Luftkissen am Futterkörper gelagert ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass in dem Futterkörper oder mindestens einer der Spannbacken eine durch die Fliehkraft verstellbare Masse gelagert ist, deren Verstellung zur Betätigung des Generators genutzt ist. Dabei wird wieder ausgenutzt, dass durch die Bewegung des Spannfutters prinzipiell kinetische Energie gegeben ist, deren Umwandlung in elektrische Energie gewünscht ist. Dazu muss nicht die Drehbewegung des Spannfutters insgesamt ausgenutzt werden, sondern es kann auch die durch die Drehbewegung generierte Fliehkraft berücksichtigt werden, die die gewünschte Relativbewegung zwischen dem Magneten und der Spule erzwingt. Dabei besteht insbesondere die Möglichkeit, dass die Masse mit einer Zahnstange verbunden ist, die mit einem Ritzel kämmt, dessen Verdrehung die Lageänderung des Magneten gegenüber der Spule des Generators bewirkt. Auch besteht die Möglichkeit, dass die Masse über eine Spindelmutter mit einer Gewindestange zusammenwirkt, deren Verdrehung die Lageänderung des Magneten gegenüber der Spule des Generators bewirkt. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist darauf hinzuweisen, dass sowohl die Möglichkeit besteht, dass der Magnet dem Ritzel oder der Gewindestange zugeordnet, als auch die kinematische Umkehrung mit der Zuordnung der Spule zu dem Ritzel oder der Gewindestange.

Eine weitere Möglichkeit zur Generierung der gewünschten elektrischen Energie besteht darin, dass dem Futterkörper und/oder mindestens eine der Spannbacken ein durch ein Fluid antreibbares Flügelrad zugeordnet ist, dessen Welle durch ihre Verdrehung die Lageänderung des Magneten gegenüber der Spule bewirkt. Auch hier gilt, dass die Welle den Magneten oder die Spule tragen kann, so dass beide kinematische Realisierungen abgedeckt und erfasst sind.

Das Fluid kann beispielsweise ein im Spannfutter genutztes Kühlmittel sein, so dass das Flügelrad durch ein den Futterkörper durchströmendes Kühlmittel beaufschlagbar ist. Alternativ oder auch ergänzend besteht die Möglichkeit, dass das Flügelrad der Oberfläche des Futterkörpers und/oder der Spannbacke zugeordnet ist zur Beaufschlagung durch den Fahrtwind bei dem drehenden Antrieb des Futterkörpers.

Eine Verstellung eines Bauteils mit der dabei gegebenen kinetischen Energie kann gleichfalls ausgenutzt sein, so dass nicht stets der drehende Antrieb des Spannfutters insgesamt erforderlich ist. Es besteht nämlich auch die Möglichkeit, dass einem Teil von Futterkörper und Spannbacke ein bei der Verstellung der Spannbacke relativ zum Futterkörper an der Oberfläche des anderen Teils von Futterkörper und Spannbacke abrollendes Reibrad zugeordnet ist, dessen Welle durch ihre Verdrehung die Lageänderung des Magneten gegenüber der Spule bewirkt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, dass auch im Stillstand des Spannfutters bei einem Wechsel der Spannbacken oder bei dem Ausspannen oder dem Einspannen eines Werkstücks mit der darin verbundenen Verstellung der Spannbacken die gewünschte elektrische Energie generiert wird. Auch hier gilt, dass die Welle den Magneten oder die Spule tragen kann.

Es besteht die Möglichkeit, dass das Reibrad ein Ritzel trägt, dass in einem Zahnstangenprofil kämmt, um durch einen Formschluss eine sichere Bewegung der Welle zu gewährleisten.

Die Verstellung der Spannbacke kann auch ausgenutzt werden, indem einem Teil von Futterkörper und Spannbacke ein Magnet zugeordnet ist, der bei der Verstellung der Spannbacke relativ zum Futterkörper eine Spannung in eine dem anderen Teil von Futterkörper und Spannbacke zugeordnete Spule indiziert.

Allgemein ist dabei darauf hinzuweisen, dass bei Ausnutzung einer Spannbacke zur Erzeugung der gewünschten elektrischen Energie berücksichtigt werden kann, dass das Spannfutter zur sicheren Einspannung eines Werkstücks oder eines Werkzeugs eine Mehrzahl von Spannbacken aufweist und daher bei mehreren oder allen Spannbacken eine entsprechende Konstruktion ausgenutzt sein kann, um eine größere Erzeugung elektrischer Energie zu ermöglichen.

Nach einerweiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Futterkörper und/oder mindestens einer der Spannbacken ein piezoelektrischer Kristall zur Speisung der elektrischen Speicherzelle angeordnet ist. Dabei wird ausgenutzt, dass in der Kraftübertragungskette zur Spannung des Werkstücks oder des Werkzeug Kräfte wirken, die zur Verformung des piezoelektrischen Kristalls benutzt werden können. Darüber hinaus ist wiederum auf die beim Betrieb des Spannfutters wirkende Fliehkraft hinzuweisen, die gleichfalls die auf den piezoelektrischen Kristall wirkende Kraft darstellen kann, woraus sich dann die erforderliche Positionierung des piezoelektrischen Kristalls ergibt, indem der piezoelektrische Kristall als einseitig fixierter Biegestab in einem Flohlraum der Spannbacke angeordnet ist. Auch besteht die Möglichkeit, dass in einem Spannfutter in Richtung der Führungsaufnahme der biegeelastische Piezokristall einseitig fixiert angeordnet ist, der an seinem freien Ende eine Masse trägt. Dies kann auch mit in induktiver Energieerzeugung kombiniert werden, indem die Masse durch einen Magneten gebildet ist, der mit einer Spule zusammenwirkt.

Es ist auch darauf hinzuweisen, dass im Betrieb des Spannfutters nicht nur kinetische Energie bereitgestellt ist, sondern auch thermische Energie vorliegt, die beispielsweise bei der spanenden Bearbeitung anfällt. Die Nutzung eines Kühlmittels veranschaulicht dabei deutlich die bereitstehende thermische Energie, die gleichfalls zur Erzeugung der gewünschten elektrischen Energie genutzt werden kann, durch geeignete Umwandlungsmechanismen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem am Futterkörper und/oder an mindestens einer der Spannbacken ein Peltierelement zur Speisung der elektrischen Speicherzelle angeordnet ist.

Ausgenutzt werden kann auch, dass durch Licht Energie dem Spannfutter zugeführt wird, so dass das Mittel durch eine auf der Oberfläche von dem Futterkörper und/oder mindestens einer der Spannbacken angeordnete Fotozelle gebildet sein kann. Es ist lediglich eine geeignete Beleuchtung dieser Fotozelle erforderlich, um die gewünschte elektrische Energie zu generieren.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, eine elektrische Speicherzelle, wie einen Kondensator oder ein Akkumulator in dem Spannfutter auswechselbar zu laden, wobei die geringe Speicherkapazität deren Nutzen und Alltagstauglichkeit einschränkt, weil der erforderliche Wechsel die Rüstzeiten erhöht. Günstiger ist es daher, dass das Mittel durch eine dem Futterkörper zugeordnet Brennstoffzelle gebildet ist, und dass im Futterkörper eine Kavität zur Aufnahme eines Brennstoffes ausgebildet ist, der zur Versorgung der Brennstoffzelle vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung wird die höhere Energiedichte in dem Brennstoff gegenüber einem Akkumulator ausgenutzt, weil dass zum Betrieb der Brennstoffzelle erforderlich Oxidationsmittel der Umgebungsluft entnommen werden kann und damit nicht zusätzlich in dem Spannfutter gespeichert werden muss. Zur Vermeidung einer Unwucht ist die Kavität durch einen Tank gebildet, der in Umfangsrichtung des Futterkörpers verläuft, wobei die Kavität auch zur Aufnahme eines Brennstoffbehälters ausgelegt sein kann.

Im Folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch ein Spannfutter mit einer dem Futterkörper zugeordneten Spule und einem gegenüberliegend angeordneten Ring mit einem Magneten, Fig. 2 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung mit einem drehbaren gegenüber dem Futterkörper gelagerten Ring mit anisotroper Massenverteilung,

Fig. 2a eine Draufsicht auf ein Spannfutter gemäß Figur 2 zur Veranschaulichung der im Schwerefeld ausgerichteten anisotropen Massenverteilung,

Fig. 3 ein Längsschnitt durch eine beispielhaft gezeigte Spannbacke mit einer durch die Fliehkraft verstellbaren Masse, die eine Zahnstange zum Antreiben eines Ritzels bewegt,

Fig. 4 das Detail IV aus Figur 3, Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Nutzung eines Flügelrades,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Spannbacke mit zugeordnetem Reibrad,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine in der Backenführung des Futterkörpers aufgenommene Spannbacke mit zugeordnetem Ritzel, das durch den Backenhub durch das Zusammenwirken mit einer Zahnstange verdreht wird,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Spannbacke mit zugeordneter Magnetleiste zum Zusammenwirken mit einer Spule während des Backenhubes bei der Verstellung der Spannbacke,

Fig. 9 die schematische Darstellung eines einer Spannbacke zugeordneten piezoelektrischen Kristalls zur Speisung einer elektrischen Speicherzelle, Fig. 10 eine schematische Darstellung eines in den Kühlmittelkreislauf eingebundenen Peltierelements zur Speisung der elektrischen Speicherzelle, und

Fig. 11 eine schematische Darstellung der einem Spannfutter zugeordneten Fotozelle. Fig. 12 eine der Figur 6 entsprechende Darstellung einer Spannbacke mit einem in der Spannbacke einseitig gelagerten Biegeelement,

Fig. 13 eine Darstellung der Amplitude des Biegeelements in Abhängigkeit der Umdrehung der Werkzeugmaschine (unterer Graph), und der Schwingung des Biegeelements bei resonanter Anregung (oberer Graph), Fig. 14 eine Draufsicht auf ein Spannfutter mit in Richtung der Führungsaufnahme angebrachten biegeelastischen Piezoelementen, versehen am freien Ende mit einer Masse,

Fig. 15 eine schematische Darstellung der Auslenkung der biegeelastischen Piezoelemente unter der Wirkung der Schwerkraft in der gekennzeichneten Winkellage, und

Fig. 16 eine der Figur 15 entsprechende Darstellung mit der Masse gebildet durch eine auf eine Spule einwirkenden Magneten.

In der Figur 2a ist schematisch in einer Draufsicht ein Spannfutter gezeigt, in dessen Futterkörper 2 radial verlaufende Führungsaufnahmen 3 für

Spannbacken ausgebildet sind, und zwar bei dieser Ausführungsform für drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Spannbacken 4. Des Weiteren verfügt das Spannfutter 1 über in der Zeichnung nicht dargestellte Sensoren, Aktoren oder Kommunikationseinheiten, die jeder einzelnen Spannbacke 4 oder dem Futterkörper 2 zugeordnet sein können und die einer besseren Überwachung, Kontrolle und Erfassung von Eigenschaften des Spannfutters 1 oder dessen Betrieb dienen. Zur Versorgung der Sensoren, Aktoren und Kommunikationseinheiten ist dem Spannfutter 1 ein Mittel 5 zur Generierung elektrischer Energie zugeordnet, zu dem die nachstehend erläuterten Ausführungsformen genannt sind. So ist die Möglichkeit gegeben, dass die Mittel 5 durch einen elektrischen Generator zur Wandlung kinetischer Energie in elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion gebildet sind, wie in den Figuren 1 bis 8 gezeigt. Sowohl bei dieser Ausführungsformen als auch bei den nachfolgend geschilderten Ausführungsformen ist eine aufladbare elektrische Speicherzelle^ in den Stromkreis mit dem elektrischen Generator geschaltet, um die generierte elektrische Energie nicht nur sofort verbrauchen zu müssen, sondern auch eine Zwischenspeicherung zu ermöglichen.

Figur 1 zeigt dabei eine Ausführungsform, bei der ein im Laborsystem stationärer Ring mit mindestens einem Magnet den Futterkörper 2 umfasst, wobei am Futterkörper 2 dem Ring 6 gegenüberliegend eine Spule 8 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Ring 6 an der Werkzeugmaschine gehalten. Demgegenüber zeigen die Figuren 2 und 2a die Möglichkeit, dass der Ring 6 auch am Futterkörper 2 gelagert sein kann, wobei dies eine drehbare Lagerung erfordert. Für eine möglichst geringe Reibung ist dazu der Ring 6 über ein Kugellager 9 oder ein Rollenlager oder ein Luftkissen am Futterkörper 2 gelagerter Ring 6 selber weist eine anisotrope Massenverteilung mit einer an einer Umfangsstelle 10 erhöhten Masse auf, die sich ausweislich der in der Figur 2a gezeigten Konfiguration im Schwerefeld ausrichtet und dazu tendiert, auch bei einem drehenden Antrieb des Spannfutters 1 diese Ausrichtung beizubehalten.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Figur 1 als auch bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 2a ist gegenüberliegend dem Ring 6 eine Spule 8 angeordnet.

Durch den drehenden Antrieb des Spannfutters 1 wirkt eine Fliehkraft, die gleichfalls zur Generierung der gewünschten elektrischen Energie ausgenutzt werden kann, indem in dem Futterkörper 2 oder mindestens einer der Spannbacken 4 eine durch die Fliehkraft verstellbare Masse 11 gelagert ist, deren Verstellung zur Betätigung des Generators genutzt wird. Figur 3 zeigt dazu eine Ausführungsform, bei der die Masse 11 mit einer Zahnstange 12 verbunden ist, die mit einem Ritzel 13 kämmt, dessen Verdrehung die Lageänderung des Magneten7 gegenüber der Spule 8 des Generators bewirkt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass ein Spindeltrieb realisiert ist, bei dem die Masse 11 über eine Spindelmutter mit einer Gewindestange zusammenwirkt, deren Verdrehung die Lageänderung des Magneten 7 gegenüber der Spule 8 des Generators bewirkt.

Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der dem Futterkörper 2 ein durch ein Fluid antreibbares Flügelrad 15 zugeordnet ist, dessen Welle 16 durch ihre Verdrehung die Lageänderung des Magneten 7 gegenüber der Spule 8 bewirkt. Das Flügelrad 15 kann dabei durch ein den Futterkörper 2 durchströmendes Kühlmittel beaufschlagbar sein, so dass das Fluid durch das Kühlmittel gebildet ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass das Flügelrad 15 der Oberfläche des Futterkörpers 2 und/oder der Spannbacke 4 zugeordnet ist zur Beaufschlagung durch den Fahrtwind bei dem drehenden Antrieb des Futterkörpers 2.

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Verstellung der Spannbacken 4 in den Führungsaufnahmen 3 gegenüber dem Futterkörper 2 ausgenutzt wird. In dieser Ausführungsform ist mindestens einer der Spannbacke 4 ein Reibrad 17 zugeordnet, das bei der Verteilung der Spannbacke 4 in der Führungsaufnahme 3gegenüber dem Futterkörper 2 verdreht wird, wobei die Welle 16 des Reibrades 17 durch ihre Verdrehung die Lageänderung des Magneten 7 gegenüber der Spule 8 bewirkt.

Figur 7 zeigt eine Modifikation, bei der das Reibrad 17 ein Ritzel 13 trägt, das in einem Profil einer Zahnstange kämmt, wobei der Vergleich der Ausführungsformen gemäß den Figuren 6 und 7 auch die Möglichkeit zur unterschiedlichen Anordnung bzw. Ausrichtung des Reibrades 17 erkennen lässt.

Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 8 wird wiederum die Verstellung der Spannbacke 4gegenüber dem Futterkörper 2 ausgenutzt, indem einem Teil von Futterkörper 2 und Spannbacke 4 der Magnet 7 zugeordnet ist, der bei der Verstellung der Spannbacke 4relativ zum Futterkörper 2 eine Spannung in die dem anderen Teil von Futterkörper 2 und Spannbacke 4 zugeordnete Spule 8 induziert.

Die Ausführungsform gemäß Figur 9 zeigt die Möglichkeit, dass im Futterkörper 2 oder, wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, in einer der Spannbacken 4 ein piezoelektrischer Kristall 18 zur Speisung der elektrischen Speicherzelle 14 angeordnet ist.

Figur 10 zeigt die Verwendung eines Peltierelements 19 zur Speisung der elektrischen Speicherzelle 14.

Figur 11 schließlich zeigt als Mittel 5 zur Generierung elektrischer Energie eine auf der Oberfläche des Spannfutters 1 angeordnete Fotozelle 10.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass das Mittel durch eine dem Futterkörper 2 zugeordnete Brennstoffzelle gebildet ist, wobei im Futterkörper 2 eine Kavität zur Aufnahme eines Brennstoffes ausgebildet ist, der zur Versorgung der Brennstoffzelle vorgesehen ist. Die Kavität kann dabei einen Tank bilden, der in Umfangsrichtung des Futterkörpers 2 verläuft. Alternativ kann die Kavität auch zur Aufnahme eines Brennstoffbehälters ausgelegt sein.

Die Ausführungsformen der Figuren 12 bis 16 nutzen die Wirkung der Schwerkraft. Dazu ist die Gestaltung so getroffen, dass der piezoelektrische Kristall 18 als einseitig fixierter Biegestab 21 in einem Flohlraum 22 der Spannbacke 4 angeordnet ist (Fig. 12), so dass bei den zu erwartenden Eigenfrequenzen im Anregungsspektrum der das Spannfutter 1 tragenden Werkzeugmaschine eine große Amplitude der Biegestäbe 21 zu erwarten ist (Fig. 13 mit der entsprechenden Bewegung des Biegestabes 21 ). Diese Gestaltung ermöglicht auch die Realisierung einer Aufwach-Funktion, so dass eine in die Spannbacke 4 integrierte Auswertelektronik aus einem komplett stromlos geschalteten Zustand elektrisch aktiviert werden kann, in dem ein mechanischer Impuls durch den piezoelektrischen Kristall 18 in einen elektrischen Impuls gewandelt wird. Standby-Verluste werden so wirksam vermieden.

Dem Biegestab 21 kann auch ein Magnet 7 zugeordnet sein zum Zusammenwirken mit einer Spule 8. Figur 14 verweist auf die Möglichkeit, dass in einem Spannfutter 1 in Richtung der Führungsaufnahme 3 der biegeelastische Piezokristall 18 einseitig fixiert angeordnet ist, der an seinem freien Ende eine Masse 11 trägt. Die Masse 11 kann durch einen Magneten 7 gebildet sein, der mit einer Spule 8 zusammenwirkt (Fig. 16), um so einen zusätzlichen Effekt zur Erzeugung elektrischer Energie auszunutzen.

Bezugszeichenliste

1 Spannfutter

2 Futterkörper 3 Führungsaufnahme

4 Spannbacke

5 Mittel zur Generierung elektrischer Energie

6 Ring

7 Magnet 8 Spule

9 Kugellage

10 Umfangstelle mit erhöhter Masse

11 Masse

12 Zahnstange 13 Ritzel

14 elektrische Speicherzelle

15 Flügelrad

16 Welle

17 Reibrad 18 piezoelektrischer Kristall

19 Peltierelement

20 Fotozelle

21 Biegestab

22 Flohlraum