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Title:
COMPONENT FOR A MACHINE TOOL, MACHINE TOOL AND METHOD FOR IDENTIFYING WEAR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/192754
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a component (100, 400) for a machine tool, comprising a component main body (110) and at least two layers (120, 130; 440, 450), arranged on said main body, for identifying wear, the layers (120, 130; 440, 450) for identifying wear being applied to a wear region of a component (100, 400) of the machine tool and at least one of the two layers (120, 130; 440, 450) being a signalling layer (120) for indicating the wear.

Inventors:
WOIDASKY, Lars (Uthmannstrasse 6, Gotha, 99867, DE)
Application Number:
EP2019/000111
Publication Date:
October 10, 2019
Filing Date:
April 04, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BYSTRONIC LASER AG (Industriestrasse 21, 3362 Niederönz, CH)
International Classes:
B30B15/06; F16D66/02; G01N3/56
Foreign References:
DE19538144A11997-04-24
US20150314359A12015-11-05
US20050158511A12005-07-21
US20110169651A12011-07-14
DE102007030588A12009-01-02
US20130257037A12013-10-03
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
NIEPELT, Carsten (Niepelt Patentanwaltsgesellschaft mbH, Ikaruspfad 11, Berlin, 14089, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine, mit einem Bauteilgrundkörper ( 110) und mit mindestens zwei an diesem angeordneten Schichten ( 120, 130; 440, 450) zur Verschleißerkennung, wobei die Schichten (120, 130; 440, 450) zur

Verschleißerkennung an einem Verschleißbereich eines Bauteils (100, 400) der

Werkzeugmaschine aufgebracht sind und wobei mindestens eine der zwei Schichten (120, 130; 440, 450) eine Signalschicht (120) zur Kenntlichmachung des Verschleißes ist.

2. Bauteil ( 100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schichten ( 120, 130; 440, 450) abwechselnd als Verbrauchsschicht (130) und als Signalschicht ( 120) angeordnet sind .

3. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verbrauchsschicht (130) im Ausgangszustand in Bezug auf den Bauteilgrundkörper (110) jeweils relativ außen und die Signalschicht (120) jeweils relativ zwischen der Verbrauchsschicht (130) und dem Bauteilgrundkörper ( 110) und/oder einem weiteren Schichtenpaar aus einer Verbrauchsschicht (130) und einer Signalschicht (120) angeordnet ist.

4. Bauteil ( 100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100, 400) ein Werkzeug (400), ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement ist.

5. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100, 400) ein Verschleißteil einer Biegemaschine, insbesondere ein Werkzeug (400), ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement, ist.

6. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalschicht (120) ein Material mit geringem Reibungskoeffizienten aufweist.

7. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalschicht (120) farblich gekennzeichnet ist und sich farblich von der oder den Verbrauchsschichten (130) und/oder dem Bauteilgrundkörper (110) unterscheidet.

8. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei Schichten (450) elektrisch leitendes Material aufweist und dass die andere der beiden Schichten (440) elektrisch isolierendes Material zur Isolierung des elektrisch leitenden Materials aufweist.

9. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Transponder (470) vorgesehen ist, der eingerichtet ist ein Signal auszugeben, wenn eine der zwei Schichten (120, 130; 440, 450) beschädigt ist.

10. Werkzeugmaschine eingerichtet zur Bearbeitung von Werkstücken (400) unter

Verwendung von Werkzeugen (400) mit mindestens einem Bauteil (100, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 mit mindestens einem Bauteil ( 100, 400) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromkreis (410) an das Bauteil (100, 400) angelegt wird, wobei das elektrisch leitende Material als Schalter funktioniert.

12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche mit dem Stromkreis (410) verbunden ist, und dass die

Steuerung eingerichtet ist, den anhand des Stromkreises (410) ermittelten Verschleiß in die Steuerung der Werkzeugmaschine einzubeziehen .

13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schichten ( 120, 130; 440, 450) vorgesehen sind und dass jede der elektrisch leitfähigen Schichten (450) mit elektrisch leitendem Material mit einem Stromkreis (410) verbunden ist.

14. Verfahren zur Verschleißerkennung eines Bauteils ( 100, 400) einer Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit den Schritten,

- Überprüfen des Stromkreises (410) mit dem elektrisch leitenden Material der Schicht (450) auf Unterbrechung;

- Detektieren einer Unterbrechung; - bei detektierter Unterbrechung Speichern der Unterbrechung und/oder Anpassung der Steuerung der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von dem anhand der Unterbrechung des Stromkreises (410) ermittelten Verschleiß.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren einer

Unterbrechung kontinuierlich durchgeführt wird, wobei ein elektrisch leitfähiges

Werkstück (400) den Stromkreis (410) schließt.

16. Verfahren zur Verschleißerkennung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren einer Unterbrechung durchgeführt wird, indem das Bauteil (100, 400) zum Schließen des Stromkreises (410) mit einem elektrisch leitfähigen Teil der

Werkzeugmaschine in Kontakt gebracht wird.

17. Verfahren zur Verschleißerkennung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch

gekennzeichnet, dass bei einer Ermittlung eines Verschleißes, der das Ende der maximal möglichen Verwendungszeit des Bauteils (100, 400) anzeigt, eine automatisierte Ersatzteilbestellung ausgelöst wird.

Description:
Beschreibung

Bauteil für eine Werkzeugmaschine, Werkzeugmaschine und Verfahren zur

Verschleißerkennung

Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Werkzeugmaschine, eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren zur Verschleißerkennung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Bauteil für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 und ein Verfahren zur Verschleißerkennung nach Anspruch 14.

Eine Werkzeugmaschine dient zur Herstellung und Bearbeitung von Werkstücken unter Verwendung von Werkzeugen. Als Werkzeugmaschinen werden hier beispielsweise

Blechbearbeitungsmaschinen, insbesondere Biegemaschinen oder Pressen wie

Abkantpressen angesehen. Im Folgenden wird aus Gründen der Übersichtlichkeit auf Abkantpressen Bezug genommen.

Zur Herstellung hochwertiger und exakter Biegeteile auf Abkantpressen sind präzise eingestellte Maschinenachsen und formstabile Maschinengeometrien notwendig.

Fortlaufender Betrieb führt zwangsläufig zu Maschinenverschleiß und Abnutzung besonders beanspruchter Bauteile von Biegemaschinen. Diese Bauteile werden im regulären Betrieb durch ständigen Kontakt mit dem Werkstück, bzw. den Werkzeugen durch Anschlägen, Quetschen, Gleiten usw. abgetragen und verlieren somit Ihre ursprüngliche Form.

Letztendlich vergrößern sich Form- und Positionsabweichungen betroffener

Maschinenachsen und die Qualität der hergestellten Biegeteile sinkt. Zudem verringert sich der Wert der Maschine.

Veränderungen von Bezugsflächen können schleichend und teilweise unbemerkt auftreten, wenn sich die Biegeergebnisse innerhalb des definierten Toleranzbereiches negativ entwickeln : Die Werkstücke sind noch korrekt, werden aber stetig schlechter.

Diesem Umstand wird teilweise durch Nach- und Neukalibrierung bewegter

Maschinenachsen Rechnung getragen - sofern dies möglich ist. Eine erneute Kalibrierung erfordert eine ständige Qualitätskontrolle der Biegemaschine und ausgebildetes

Fachpersonal. Außerhalb einer solchen vorbeugenden Instandhaltung wird eine Kalibrierung meist nur nach fehlerhaften Biegeteilchargen durchgeführt. Folglich steht die Maschine unplanmäßig still und kann nicht produzieren.

Verschleißbedingte, unsymmetrische Formänderungen von Biegewerkzeugen,

Maschinentischen und Anschlagfingern können nicht durch Nachjustieren korrigiert werden - derartige Bauteile müssen getauscht werden. Auch in diesem Fall wird vor der

Fehlerregistrierung oftmals Ausschuss produziert und die Biegemaschine steht

außerplanmäßig still. Häufig führen die Lieferzeiten der Austauschteile zu einer weiteren Verschärfung der Situation.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Bauteil für eine Werkzeugmaschine, eine verbesserte Werkzeugmaschine beziehungsweise ein verbessertes Verfahren zur Verschleißerkennung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 beziehungsweise ein Verfahren zur

Verschleißerkennung nach Anspruch 14.

Das erfindungsgemäße Bauteil für eine Werkzeugmaschine beinhaltet einen

Bauteilgrundkörper und mindestens zwei an diesem angeordnete Schichten zur

Verschleißerkennung, wobei die Schichten zur Verschleißerkennung an einem

Verschleißbereich eines Bauteils der Werkzeugmaschine aufgebracht sind und wobei mindestens eine der zwei Schichten eine Signalschicht zur Kenntlichmachung des

Verschleißes ist. Die Kenntlichmachung kann optisch, zum Beispiel durch farbliche

Gestaltung, elektrisch, zum Beispiel durch das Durchtrennen einer elektrisch leitenden oder nichtleitenden Schicht, oder auch akustisch, zum Beispiel über eine raue Schicht, sowie durch Kombinationen der genannten Varianten erfolgen. Über die Dicke, Anzahl und/oder Beschaffenheit der Schichten kann die Verschleißerkennung fein abgestuft werden.

Das erfindungsgemäße Bauteil für eine Werkzeugmaschine hat den Vorteil, dass eine vorrauschauende Instandhaltung und eine gleichbleibend hohe Bearbeitungsqualität wie zum Beispiel Biegequalität ermöglicht werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Schichten abwechselnd als

Verbrauchsschicht und als Signalschicht angeordnet sind. In diesem Fall kann die

Verbrauchsschicht als Funktionsschicht funktionieren und die Signalschicht als Verschleißanzeige. Ebenso ist es möglich, dass alle Schichten Signalschichten sind, die dann jeweils andere Verschleißzustände charakterisieren. Bei den mindestens zwei Schichten handelt es sich um Schichten, die sich z.B. nach Ihrer Zusammensetzung von der des Bauteils bzw. dessen Grundkörper unterscheiden. Die Schichten können zum Beispiel nach Fertigstellung des Bauteils in einem oder mehreren zusätzlichen Arbeitsschritten

aufgebracht werden .

Es kann vorgesehen sein, dass die Verbrauchsschicht im Ausgangszustand in Bezug auf den Bauteilgrundkörper jeweils relativ außen und die Signalschicht jeweils relativ zwischen der Verbrauchsschicht und dem Bauteilgrundkörper und/oder einem Schichtenpaar aus einer weiteren Verbrauchsschicht und einer Signalschicht angeordnet ist. Ein derartiger

Schichtaufbau bietet große Flexibilität.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Bauteil ein Werkzeug, ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement ist. Letztlich können alle verschleißbehafteten Teile mit den Schichten zur Verschleißerkennung ausgestattet werden.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Bauteil ein Verschleißteil einer Biegemaschine, insbesondere ein Werkzeug, ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement ist. Letztlich können alle verschleißbehafteten Teile mit den Schichten zur Verschleißerkennung ausgestattet werden. Die hier vorgeschlagene Verschleißerkennung bietet sich insbesondere bei einer Biegemaschine beziehungsweise bei denjenigen Bauteilen einer Biegemaschine an, welche mit dem zu biegenden Werkstück in Kontakt stehen. Denn diese Bauteile unterliegen Verschleiß und sind zudem für den Benutzer sichtbar beziehungsweise werden von ihm gehandhabt, zum Beispiel bei einem Werkzeugwechsel .

Es kann vorgesehen sein, dass die Signalschicht ein Material mit geringem

Reibungskoeffizienten aufweist. Somit kann diese meist innenliegende Signalschicht ebenso verschleißminimierende Eigenschaften bzw. Gleiteigenschaften besitzen.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Signalschicht farblich gekennzeichnet ist und sich farblich von der oder den Verbrauchsschichten und/oder dem Bauteilgrundkörper unterscheidet. Nach dem Abtragen der äußeren Schicht, bzw. der Verbrauchsschicht, wird die Signalschicht, also die darunterliegende Schicht sichtbar und dem Bediener deutlich durch die Signalfarbe dargestellt. Dem Bedienpersonal wird damit ein eindeutiger Hinweis gegeben, dass die Verschleißgrenze erreicht ist, die Qualität der herzustellenden

Erzeugnisse nachlässt und ein Austausch des Bauteils bevorsteht. Zu einer quantitativen Aussage des Abnutzungsgrades können verschiedene Signalschichten mit entsprechend zugeordneten Farben verwendet werden. Dem Benutzer kann somit der Grad der Abnutzung angezeigt werden, und es können weitere Schritte eingeleitet werden. Eine mögliche Farbvariante wäre beispielsweise die Verwendung der Ampelfarben Grün, Gelb, Rot. Die aktuell durchscheinende Farbe kann manuell oder automatisch in die Maschinensteuerung übertragen werden, um somit entsprechend dem Abnutzungsgrad die Zustellung der Maschinenachsen anzupassen. Bei dieser optischen Variante kann der Benutzer direkt, das heißt ohne eine Steuerung, den Verschleiß erkennen.

Es kann vorgesehen sein, dass eine der zwei Schichten (Verschleißschicht und

Signalschicht) elektrisch leitendes Material aufweist und dass die andere der beiden

Schichten elektrisch isolierendes Material zur Isolierung des elektrisch leitenden Materials aufweist. Werkzeuge, Maschinentische und/oder Anschlagfinger werden gewöhnlich aus jeweils funktionsoptimierten Stahlsorten hergestellt und sind elektrisch leitfähig . Eine vorteilhafte Standzeiterhöhung dieser Bauteile kann mit dem Aufbringen verschiedener Beschichtungen erfolgen, welche die Leitfähigkeit der Bauteile möglicherweise beeinflussen, im Allgemeinen aber nicht verhindern. Eine Bauteilbeschichtung mit einer isolierenden und optional gleichzeitig verschleißminimierenden Beschichtung ermöglicht die Erstellung eines Stromkreises mit dieser Isolationsschicht als„Schalter". Das Vorhandensein der Schicht erfüllt dann die Anforderung an eine intakte Bezugsfläche und einen offenen Stromkreis.

Eine Beschädigung der Isolation führt zu einer Formänderung des betroffenen Bauteils und gleichzeitig zu einem geschlossenen Stromkreis. Diese Veränderung kann ermittelt werden und zu entsprechenden Reaktionen verwendet werden . Es versteht sich, dass die elektrisch leitende Schicht zu beiden Schichtseiten (also nach innen und außen) von elektrisch isolierendem Material umgeben ist, mit Ausnahme möglicher Kontaktstellen zum Schließen des Stromkreises bzw. zur elektrischen Signalweiterleitung.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Transponder vorgesehen ist, der eingerichtet ist ein Signal auszugeben, wenn eine der zwei Schichten beschädigt ist. Hierbei können die ermittelten Verschleißerscheinungen eindeutig einem wechselbaren Bauteil zugeordnet werden. Solche Bauteile sind zum Beispiel an Abkantpressen hauptsächlich Biegewerkzeuge, also Stempel und Matrizen. Diese Biegewerkzeuge sind frei miteinander kombinierbar und produktspezifisch. Ein ständiger Wechsel dieser Bauteile ist typisch. Daher ist es vorteilhaft, zwischen diesen Bauteilen differenzieren zu können . Es kann dabei auch die äußere Schicht bereits als Signalschicht fungieren, deren Beschädigung vom Transponder signalisiert wird. Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist eingerichtet zur Bearbeitung von

Werkstücken unter Verwendung von Werkzeugen und umfasst mindestens ein Bauteil wie zuvor beschrieben . Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor

beschrieben.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Stromkreis an das Bauteil angelegt wird, wobei das elektrisch leitende Material der wenigstens einen Schicht als Schalter funktioniert. In dem Stromkreis kann zum Beispiel über einen Verbraucher eine Spannungsmessung stattfinden. Durch die Abnutzung der stromführenden Schicht kann sich der Widerstand und damit die Spannung ändern. Bei weiterer Abnutzung oder Durchtrennung kann der Stromkreis geöffnet werden, was ebenfalls detektiert werden kann.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche mit dem Stromkreis verbunden ist, und dass die Steuerung eingerichtet ist, den anhand des

Stromkreises ermittelten Verschleiß in die Steuerung der Werkzeugmaschine einzubeziehen . So können zum Beispiel Korrekturen bei der Ansteuerung der Maschinenachsen und/oder des Vorschubs automatisch vorgenommen werden.

Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Schichten vorgesehen sind und dass jede der elektrisch leitfähigen Schichten mit elektrisch leitendem Material mit einem Stromkreis verbunden ist. Auf diese Weise sind weiterführende Lebensdauerprognosen beispielsweise mit einer automatischen und periodischen Isolationsmessung oder dem beschriebenen Aufträgen mehrerer Schichten auf die verschleißbeanspruchten Bauteile möglich. Zu diesem Zweck werden wechselnd isolierende und elektrisch leitende Hartstoffschichten auf die Bauteile aufgetragen. Die fortschreitende Abnutzung der Komponenten öffnet oder schließt den angelegten Stromkreis. Eine Zählung dieses Vorgangs kann die Schicht-, bzw.

Bauteildicken ermitteln. Auf diese Weise können beispielsweise Aussagen zur

Restlebensdauer getroffen werden. Die Genauigkeit ist dabei direkt von Dicke und Anzahl der Schichten abhängig.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verschleißerkennung eines Bauteils einer

Werkzeugmaschine wie zuvor beschrieben umfasst die Schritte:

Überprüfen des Stromkreises mit dem elektrisch leitenden Material der Schicht auf

Unterbrechung;

Detektieren einer Unterbrechung; bei detektierter Unterbrechung Speichern der

Unterbrechung und/oder Anpassung der Steuerung der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von dem anhand der Unterbrechung des Stromkreises ermittelten Verschleißes. Resultierende Kenntnisse über die geometrischen Veränderungen der

Maschinenkomponenten können zu automatischen Kalibrierungen führen und die

Biegequalität konstant halten. Beispielsweise kann ein symmetrisch abgenutzter

Anschlagfinger durch den Hinteranschlag nachpositioniert werden und weiter verwendet werden. Fortschreitend abgenutzte Werkzeuge können über geeignete Mittel (beispielsweise Datamatrix-Codes, o.Ä.) klassifiziert und entsprechend zugeordnet werden : Ähnlich abgenutzte Werkzeuge werden von der Maschine erkannt und zusammen für ein Produkt eingesetzt - die Maschinenachse (in diesem Fall die Oberwange) kann den relativen Wert korrigieren und ein konstanten Biegewinkel hersteilen. Ansonsten gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.

Es kann vorgesehen sein, dass das Detektieren einer Unterbrechung kontinuierlich durchgeführt wird, wobei ein elektrisch leitfähiges Werkstück den Stromkreis schließt. Die Schichtdicken können dann stetig im gesamten Bearbeitungsprozess ermittelt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das Detektieren einer Unterbrechung durchgeführt wird, indem das Bauteil zum Schließen des Stromkreises mit einem elektrisch leitfähigen Teil der Werkzeugmaschine in Kontakt gebracht wird. Eine Initialisierungsphase erfordert ein wiederkehrendes Verbinden mit einem leitfähigen, ortsfesten Material an der Maschine. Das auf Abnutzung zu prüfende Bauteil wird mit der Maschinenachse dann an einer

vorgegebenen Stelle innerhalb der Maschine positioniert. Dieses Zwischenelement kann zum Beispiel eine elektrisch leitfähige Bürste sein. Vorteilhaft sind hierbei die Vermeidung einer ungewollten Kollision (Berührungsbereich) sowie die Abdeckung einer großen

Überprüfungsfläche (kein Linienkontakt).

Es kann ferner vorgesehen sein, dass bei einer Ermittlung eines Verschleißes, der das Ende der maximal möglichen Verwendungszeit des Bauteils anzeigt, eine automatisierte

Ersatzteilbestellung ausgelöst wird. So kann zum Beispiel von der Maschinensteuerung eine automatisierte Ersatzteilbestellung ausgelöst werden, so dass vorteilhafterweise das Ersatzbauteil bereits zur Verfügung steht, wenn das Ende der maximalen Verwendungszeit des Bauteils erreicht wird.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen

Zeichnungen erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines Bauteils mit

optischer Verschleißerkennung;

Figur 2 eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines abgenutzten Bauteils mit optischer Verschleißerkennung;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Biegemaschine mit einem Bauteil mit

Verschleißerkennung als Anschlagfinger;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Bauteils mit elektrischer

Verschleißerkennung;

Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer Biegemaschine mit Stempel und Matrize;

Figur 6 eine schematische Darstellung der Matrize mit elektrischer

Verschleißerkennung; und

Figur 7 eine schematische Darstellung des Stempels mit elektrischer

Verschleißerkennung.

Figur 1 zeigt eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines Bauteils 100 mit einem Bauteil-Kern bzw. Bauteilgrundkörper 110 und darauf angebrachter optischer

Verschleißerkennung 120, 130. Das Bauteil 100 kann ein Verschleißteil einer

Biegemaschine, insbesondere ein Werkzeug, ein Maschinentisch und/oder ein

Anschlagelement wie ein Anschlagfinger sein. Entsprechend kann das Verschleißteil einer Biegemaschine einen Grundkörper 110 mit darauf angebrachter optischer

Verschleißerkennung 120, 130 umfassen.

Das Bauteil 100 wird entsprechend dem Einsatzzweck mit einer äußeren Hartstoffschicht oder Verbrauchsschicht 130 versehen. Als Material kommen hier z.B. PVD- und oder CVD- Hartstoffschichten bzw. Materialien wie z.B. Titannitrid in Frage. Die Schichtdicke wird hinsichtlich der Anwendung und dem zu erwartenden Bauteilverschleiß ausgewählt. Die Schichtdicke beträgt vorteilhaft 1 bis 10 Mikrometer und besonders vorteilhaft 1 bis 20 Mikrometer. Darüber hinaus können auch größere Schichtdicken eingesetzt werden. Die Schichtdicke ist abhängig vom Auftragsverfahren und der späteren Haftung an dem Bauteil 100 beziehungsweise der darunterliegenden Schicht.

Dabei ist es unabhängig, ob die Schicht leitende oder isolierende Eigenschaften besitzt. Unterhalb der äußeren Verbrauchsschicht 130 wurde während der Bauteilherstellung eine weitere Schicht, eine Signalschicht 120 aufgetragen. Diese Signalschicht 120 ist farblich deutlich von der Verbrauchsschicht 130 zu unterscheiden und vorteilhaft in einer Signalfarbe aufgebracht.

Möglich sind diverse Farben wie z.B. Gold, Blaugrau, Rotbraun, Grau, Perlrosa, Pink usw. Wichtig ist vor allem die Unterscheidung der Schichten zueinander. Die Farbigkeit ergibt sich durch den aufgetragenen Werkstoff, z.B. TiN ist goldgelb, und/oder durch Variationen in der Auftragungstechnologie. Die gesamte Schicht besteht entsprechend aus einem farbigen Werkstoff, das heißt solange noch Teile der Schicht vorhanden sind, ist die Farbe noch deutlich erkennbar.

Dabei kann diese innere Signalschicht 120 ebenso wie die Verbrauchsschicht 130

verschleißminimierende Eigenschaften besitzen. Zum Beispiel ist Titannitrid eine übliche Allround-Verschleißbeschichtung. Ebenso denkbar sind Schichten aus Titancarbonitrid oder Titanchromnitrid. Die Signalschicht 120 ist auf einen Bauteilgrundkörperl 10 des Bauteils 100 aufgebracht. Die Signalschicht 120 und auch die Verbrauchsschicht 130 können gezielt in einem Verschleißbereich des Bauteils 100, wie einer Fläche, Kante, dreidimensionalen Bereich etc. aufgebracht sein. Ebenso können die Schichten 120 und 130 wie dargestellt das Bauteil 100 vollständig bedecken.

Figur 2 zeigt eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines abgenutzten Bauteils 100 mit optischer Verschleißerkennung.

In der Anwendung des Bauteils 100 wird die äußere Verbrauchsschicht 130 durch den Kontakt mit dem Werkstück stetig abgetragen. So entsteht ein Bereich 130a, in dem die äußere Verbrauchsschicht 130 teilweise abgetragen, d.h. verschlissen ist. Wie bereits beschrieben, ändert sich damit die Geometrie des Bauteils 100, das Bauteil 100 verschleißt. Nach dem vollständigen Abtragen der äußeren Verbrauchsschicht 130 wird die innere, also die darunterliegende Signalschicht 120 sichtbar (die sich sowohl von der Farbe der

Verbrauchsschicht 130 als auch von der Eigenfarbe des Bauteilgrundkörpers 110

unterscheidet) und dem Bediener deutlich durch die Signalfarbe dargestellt. Dem

Bedienpersonal wird damit ein eindeutiger Hinweis gegeben, dass die Verschleißgrenze erreicht ist, die Qualität der Erzeugnisse nachlässt und ein Austausch des Bauteils bevorsteht.

Im optimalen Fall bleibt nach vollständigen Abtragen der Verbrauchsschicht 130, das heißt dem Freilegen der darunterliegenden Signalschicht 120, genug Zeit zum Tausch der Teile bis zum Versagen des Bauteils 100. Die verbleibende Zeit kann über die Dicke der äußeren Verbrauchsschicht 130 definiert werden. Zu einer quantitativen Aussage des

Abnutzungsgrades können verschiedene Schichten mit entsprechend zugeordneten Farben verwendet werden. Dem Benutzer kann somit der Grad der Abnutzung angezeigt werden, und es können weitere Schritte eingeleitet werden. Eine mögliche Farbvariante wäre beispielsweise die Verwendung der Ampelfarben Grün, Gelb, Rot. Die aktuell

durchscheinende Farbe kann in die Maschinensteuerung übertragen werden, um somit entsprechend dem Abnutzungsgrad die Zustellung der Maschinenachsen anzupassen. In diesem Beispiel könnte die Verbrauchsschicht 130 die Farbe Grün haben, die Signalschicht 120 die Farbe Gelb und der Bauteilgrundkörper 110 die Farbe Rot. Alternativ kann lediglich die Signalschicht 120 eine Farbe zum Beispiel Rot haben.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Biegemaschine 300 mit einem Bauteil mit Verschleißerkennung als Anschlagfinger 310. Anschlagfinger 310 von Biegemaschinen 300 ermöglichen korrekte Schenkellängen der Biegeteile durch Anschlägen und Positionieren des Bleches relativ zu der Biegelinie. Die darauf optimierten Fingerkonturen unterliegen durch Blechpositionierung und Schwenken beim Biegevorgang einem hohen Verschleiß und nutzen sich ab. Folglich können die Biegeteile dann nicht mehr korrekt positioniert werden. Bekannt verschleißminimierend sind bereits Methoden der Wärmebehandlung der Anschlagfinger 310. Anknüpfend werden die Bauteile beispielsweise mit physikalischen und/oder chemischen Gasphasenabscheidungen beschichtet.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauteils 400, zum Beispiel ein

Anschlagfinger, mit elektrischer Verschleißerkennung. Dazu ist das Bauteil 400 mit einem elektrischen Stromkreis 410 verbunden bzw. Bestandteil des elektrischen Stromkreises 410. Der elektrische Stromkreis 410 umfasst einen Versorger wie eine Spannungsquelle und einen Verbraucher 430, an dem elektrische Parameter wie Spannung oder Strom gemessen werden können. Das Bauteil 400 funktioniert dann als Schalter. Anders ausgedrückt ist das Bauteil 400 einmal ein Leiter und einmal ein Isolator. Ob der Stromkreis 410 geschlossen ist oder nicht, wird über einen geeigneten Verbraucher 430 überwacht und angezeigt.

Das Bauteil 400 wird bei der Herstellung mit mehreren, wechselnden jeweils isolierenden Schichten 440 und elektrisch leitenden Schichten 450 versehen. Die elektrisch leitenden Schichten 450 weisen elektrisch leitendes Material auf oder bestehen vollständig aus diesem Material. Diese Schichten 440, 450 werden anwendungsbezogen ausgeführt und können zusätzlich zur Verschleißminimierung auch mit Gleiteigenschaften versehen werden. Die meisten DLC-Beschichtungen (Diamond-Like-Carbon, diamantähnlicher Kohlenstoff) erzielen gute Gleiteigenschaften, aber auch PVD-Beschichtungen (physical vapour deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) sind vorteilhaft im Vergleich zu unbehandelten oder nur wärmebehandelten Werkstoffen. Die Schichtstärke wird durch den Fertigungsprozess des Bauteils 400 genau bestimmt. Dabei müssen mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht und eine Isolationsschicht vorhanden sein. Es ist hierbei unerheblich, in welcher Reihenfolge die Schichten 440, 450 aufgebracht werden. Die Dicken der aufgetragenen Schichten 440, 450 können hierbei variieren, vorteilhaft ist eine Stärke im absoluten Wert der tolerierten Abnutzung. Dabei müssen die jeweiligen Dicken bekannt und in einer Steuerung, zum Beispiel in der Maschinensteuerung abgelegt sein. Der Finger wird - eine Anschlussstelle 460 ausgenommen - allseitig isoliert und ist somit nicht mehr elektrisch leitend.

Im eingebauten Zustand wird eine elektrische Spannung an die Maschine angelegt, mit z.B. der Anode an der leitenden Stelle des Fingers und der Kathode am Maschinentisch, bzw. der Matrize. Die Positionierung von - vorwiegend aus leitfähigen Materialien bestehenden - Biegeteilen im Biegeprozess führt nicht zu einem geschlossen Stromkreis, da die isolierende Hartstoffschicht des Fingers noch vollständig intakt ist. Zunehmender Verschleiß am Finger entfernt die Isolationsschicht 440 bis der Stromkreis 410 geschlossen wird. Über geeignete Auswertemechanismen - im Normalfall die Maschinensteuerung - wird der Kontakt festgestellt und Maßnahmen ergriffen. Idealerweise ist nun die tolerierte Abweichung erreicht und der Finger müsste getauscht werden.

Ein verschleißendes Bauteil 400 wird jeweils wechselnd den Stromkreis 410 öffnen und schließen. Die Anzahl dieser Vorgänge und der Schichtdickenwert lassen einen genauen Rückschluss auf den Abnutzungsgrad des Bauteils 400 zu und werden in der

Maschinensteuerung gespeichert und weiter verarbeitet. Die stetig veränderte Geometrie des Bauteils 400 kann in den Produktionsprozess einbezogen werden und die betroffene Maschinenachse im Vorschub angepasst werden. Die betroffene Maschinenachse wird dann immer um den Betrag der abgenutzten Schicht nachgestellt.

Die Überprüfung der Bauteile 400 kann stetig im Biegeprozess oder als Initialisierung stattfinden. Während des Biegeprozesses wird das elektrisch leitfähige Werkstück 400 als Bestandteil des Stromkreises 410 genutzt und in die Prüfung einbezogen. Die Schichtdicken können dann im gesamten Biegeprozess ermittelt werden.

Eine Initialisierungsphase erfordert ein wiederkehrendes Verbinden mit einem leitfähigen, ortsfesten Material an der Maschine. Das auf Abnutzung zu prüfende Bauteil 400 wird mit der Maschinenachse dann an einer vorgegebenen Stelle innerhalb der Maschine positioniert. Erfindungsgemäß ist dieses Zwischenelement eine elektrisch leitfähige Bürste. Vorteilhaft sind hierbei die Vermeidung einer ungewollten Kollision (Berührungsbereich), sowie die Abdeckung einer großen Überprüfungsfläche (kein Linienkontakt). Wobei ein Linienkontakt oder auch manchmal ein Punktkontakt gewünscht sein kann. Zwar ermöglicht die Bürste die Abtastung einer 3D-Kontur, dies kann aber bei fortschreitender Abnutzung des Bauteils die Erfassung verkomplizieren. Um diesen Vorgang zu vereinfachen, kann es Vorteile haben - ausschließlich oder zusätzlich - einen Punkt oder eine Linie zu überwachen.

Das Prinzip der Verschleißerkennung durch Leitfähigkeit ist prinzipiell nicht auf eine elektrische Leitfähigkeit beschränkt. Alternativ könnte auch eine Leitfähigkeit für elektromagnetische Wellen, z.B. Licht, oder magnetischer Fluss ausgenutzt werden.

Derartige Ausführungsformen werden ebenfalls als erfindungsgemäß angesehen.

Nachfolgend wird ein beispielhafter Ablauf dargestellt.

Bei einer Erstprüfung des Bauteils 400 wird der Stromkreis 410 geschlossen. Ist die äußere Isolationsschicht 440 noch intakt ist kein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt keine Meldung an die Maschinensteuerung.

Nach Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Ist die äußere Isolationsschicht 440 noch intakt ist kein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt keine Meldung an die

Maschinensteuerung.

Nach weiterem Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Nun ist die äußere Isolationsschicht 440 nicht mehr intakt, die leitfähige Schicht 450 liegt außen, es ist ein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt daher eine Meldung an die Maschinensteuerung . Es erfolgt eine Verrechnung der neuen Bauteilgeometrie in der Form einer Subtraktion des Betrags der äußersten Schicht 440 und eine Neukalibrierung der betreffenden

Maschinenachse oder der Maschinenachsen.

Nach weiterem Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Die leitfähige Schicht 450 ist noch intakt, es liegt ein Signal an Verbraucher 430 vor. Es erfolgt keine Meldung an die Maschinensteuerung.

Nach weiterem Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Nun ist die leitfähige Schicht 450 nicht mehr intakt, die nächste Isolationsschicht liegt außen, es ist folglich kein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt daher eine Meldung an die Maschinensteuerung. Es erfolgt eine Verrechnung der neuen Bauteilgeometrie in der Form einer Subtraktion des Betrags der leitfähigen Schicht 450 und eine Neukalibrierung der betreffenden

Maschinenachse oder der Maschinenachsen.

Dieses Vorgehen wird fortgesetzt, bis die letzte Schicht erreicht ist beziehungsweise bis im Rahmen der Wartung das Bauteil 400 ausgetauscht wird.

Die absolute Häufigkeit der Messungen ist von verschiedenen Faktoren abhängig und veränderlich. Die leitfähigen Schichten 450 können mit jeweils einem eigenen Stromkreis überprüft werden, dann ist eine genauere Lokalisierung der Unterbrechung (Schadstelle) und somit eine differenziertere Verschleißaussage möglich. Eine weitere Verbesserung entsteht durch einen zwei- oder dreidimensionalen Schichtaufbau. Komplexe Geometrien können damit überwacht werden.

Das Bauteil 400 ist weiterhin mit einem Transponder 470 ausgestattet, der eingerichtet ist ein Signal auszugeben, wenn eine der zwei Schichten 440, 450 beschädigt ist.

Die ermittelten Verschleißerscheinungen können nun eindeutig einem wechselbaren Bauteil 400 zugeordnet werden. Solche Bauteile sind an Abkantpressen hauptsächlich

Biegewerkzeuge, also Stempel und Matrizen. Biegewerkzeuge sind frei miteinander kombinierbar und produktspezifisch. Ein ständiger Wechsel dieser Bauteile ist typisch. Daher ist es nötig zwischen diesen Bauteilen zu differenzieren. Eine eindeutige Zuordnung des Abnutzungsgrades lässt sich mit vorteilhaft mit einem RFID- System erzielen. Der RFID Transponder 470 wird am Werkzeug 400 befestigt und kennzeichnet dieses. Der Transponder 470 ist mit dem beschriebenen Schichtaufbau gekoppelt und sendet jeweils ein Signal, wenn eine Schicht beschädigt wurde. Die

Maschinensteuerung kann somit auch hierbei entsprechend der veränderten Geometrie den Vorschub korrigieren. Denkbar sind ebenso Vorschläge zu einer vorteilhaften Stückelung der Bauteile: Gleichmäßig abgenutzte Bauteile werden bevorzugt zusammengestellt. Die eindeutige Zuordnung der Werkzeuge kann gleichermaßen mittels eines Codes (QR Code, Strichcode, 2D-Code, Zahleneingabe usw.) geschehen. Der Code wird geeignet ausgelesen und die Daten der Maschinensteuerung übertragen oder vom Bediener eingegeben.

Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine in Form einer

Biegemaschine 500 mit Matrize 510 und Stempel 520. Die beiden Bauteile in Form der Matrize 510 und des Stempels 520 sind mit einer Verschleißerkennung oder

Verschleißüberwachung wie zuvor beschrieben versehen.

Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung der Matrize 510 mit elektrischer

Verschleißerkennung. Die Matrize 510 ist mit einem elektrischen Stromkreis 410 verbunden bzw. Bestandteil des elektrischen Stromkreises 410. Der elektrische Stromkreis 400 umfasst einen Versorger wie eine Spannungsquelle und einen Verbraucher 430, an dem elektrische Parameter wie Spannung oder Strom gemessen werden können. Die Matrize 510

funktioniert dann als Schalter. Anders ausgedrückt ist die Matrize 510 einmal ein Leiter und einmal ein Isolator. Ob der Stromkreis 410 geschlossen ist oder nicht, wird über einen geeigneten Verbraucher 430 überwacht und angezeigt.

Die Matrize 510 wird bei der Herstellung mit mehreren, wechselnden jeweils isolierenden Schichten 440 und leitenden Schichten 450 versehen. Die leitenden Schichten 450 weisen elektrisch leitendes Material auf oder bestehen vollständig aus diesem Material. Diese Schichten 440, 450 werden anwendungsbezogen ausgeführt und können zusätzlich zur Verschleißminimierung auch mit Gleiteigenschaften versehen werden. Die Schichtstärke wird durch den Fertigungsprozess der Matrize 510 genau bestimmt. Dabei müssen mindestens eine leitfähige Schicht und eine Isolationsschicht vorhanden sein. Es ist hierbei unerheblich, in welcher Reihenfolge die Schichten 440, 450 aufgebracht werden. Die Dicken der aufgetragenen Schichten 440, 450 können hierbei variieren, vorteilhaft ist eine Stärke im absoluten Wert der tolerierten Abnutzung. Die Matrize 510 wird - eine Anschlussstelle 460 ausgenommen - allseitig isoliert und ist somit nicht mehr elektrisch leitend. Ein Transponder 470 zur Identifizierung der Matrize 510 und zur Mitteilung des Verschleißzustands bzw. eines Schichtwechsels ist an der Matrize 510 vorgesehen.

Im Betrieb der Werkzeugmaschine kann die Matrize 510 analog zur obigen Beschreibung verwendet werden.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung des Stempels 520 mit elektrischer

Verschleißerkennung. Der Stempel 520 ist mit einem elektrischen Stromkreis 410 verbunden bzw. Bestandteil des elektrischen Stromkreises 410. Der elektrische Stromkreis 400 umfasst einen Versorger wie eine Spannungsquelle und einen Verbraucher 430, an dem elektrische Parameter wie Spannung oder Strom gemessen werden können . Der Stempel 520 funktioniert dann als Schalter. Anders ausgedrückt ist der Stempel 520 einmal ein Leiter und einmal ein Isolator. Ob der Stromkreis 410 geschlossen ist oder nicht, wird über einen geeigneten Verbraucher 430 überwacht und angezeigt.

Der Stempel 520 wird bei der Herstellung mit mehreren, wechselnden jeweils isolierenden Schichten 440 und leitenden Schichten 450 versehen. Die leitenden Schichten 450 weisen elektrisch leitendes Material auf oder bestehen vollständig aus diesem Material. Diese Schichten 440, 450 werden anwendungsbezogen ausgeführt und können zusätzlich zur Verschleißminimierung auch mit Gleiteigenschaften versehen werden. Die Schichtstärke wird durch den Fertigungsprozess der Stempels 520 genau bestimmt. Dabei müssen mindestens eine leitfähige Schicht und eine Isolationsschicht vorhanden sein. Es ist hierbei unerheblich, in welcher Reihenfolge die Schichten 440, 450 aufgebracht werden. Die Dicken der aufgetragenen Schichten 440, 450 können hierbei variieren, vorteilhaft ist eine Stärke im absoluten Wert der tolerierten Abnutzung. Der Stempel 520 wird - eine Anschlussstelle 460 ausgenommen - allseitig isoliert und ist somit nicht mehr elektrisch leitend. Ein Transponder 470 zur Identifizierung des Stempels 520 und zur Mitteilung des

Verschleißzustands bzw. eines Schichtwechsels ist an dem Stempel 520 vorgesehen.

Im Betrieb der Werkzeugmaschine kann der Stempel 520 analog zur obigen Beschreibung verwendet werden.

Die Matrize 510 und der Stempel 520 sind mit jeweils einem eigenen Stromkreis 410 dargestellt. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines gemeinsamen Stromkreises, der dann durch ein elektrisch leitendes Werkstück, das sich zwischen der Matrize 510 und dem Stempel 520 befindet, geschlossen wird. Die hier vorgestellte Verschleißerkennung erlaubt eine einfache und genaue Erkennung des jeweiligen Verschleißzustandes eines oder mehrere Bauteile einer Werkzeugmaschine, so dass die Maschinensteuerung angepasst werden kann und entsprechende

Wartungsvorgänge eingeleitet werden können.

Ferner kann von der Maschinensteuerung eine automatisierte Ersatzteilbestellung ausgelöst werden, wenn ein Verschleiß ermittelt wird, der das Ende der maximal möglichen

Verwendungszeit des Bauteils anzeigt. Dadurch kann das Ersatzbauteil bereits zur

Verfügung stehen, wenn das Ende der maximalen Verwendungszeit des Bauteils erreicht wird .