Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit einem Futterkörper, dem mindestens zwei Schallsensoren zugeordnet sind, die nicht parallel zueinander ausgerichtet sind.

Werkzeugmaschinen zugeordnete Spannvorrichtungen sind in der Praxis weit verbreitet, wobei die Verwendung des Begriffes Spannvorrichtung im vorliegenden Zusammenhang weit zu verstehen ist. Insbesondere kann dabei die Spannvorrichtung durch ein Spannfutter jedweder konstruktiver Ausgestaltung gestaltet sein oder auch als Spannzange, oder als Schraubstock. Dem entsprechend ist unter einem Futterkörper das Bauteil zu verstehen, dem die Spannmittel wie zum Beispiel Spannbacken zugeordnet sind. All diesen Bauteilen ist gemein, dass zum Zwecke der Kraftübertragung zur Erzeugung der benötigten Spannkraft Bauteile zueinander relativ verstellt werden, wobei die Verstellung sowohl translatorisch als auch rotatorisch erfolgen kann. Auch zum Lösen der Einspannung ist in der Regel die Umkehrung der Verstellung erforderlich. Problematisch dabei ist es, dass die relativ zueinander zu verstellenden Bauteile im Inneren der Spannvorrichtung aufgenommen und damit nur schwer zugänglich sind. Der Verschleiß der innenliegenden Kontaktflächen ist damit ohne Demontage und optische Begutachtung nicht ersichtlich.

In der DE 3627796 C1 ist beschrieben, wie das von einem rotierenden Werkzeug erzeugte Körperschallsignal über eine im Betriebsstoffkreislauf einer Werkzeugmaschine vorhandene Flüssigkeit auf einen extern angeordneten Körperschallsensor übertragen wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung bereitzustellen, durch die eine verbesserte Überwachung der Betriebsparameter ermöglicht ist. Aufgabe ist weiterhin, einen verbesserten Futterflansch bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Futterflansch mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die eingangs genannte Spannvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass dem Futterkörper mindestens zwei Schallsensoren zugeordnet sind, die nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, also deren (fiktive) Schnittlinie einen Winkel einschließt, so dass keine weiteren externen Bauteile und zusätzlicher Bauraum erforderlich sind, um eine bessere Kontrolle zu erlangen.

Vorzugsweise ist in dem Futterkörper eine erste Aufnahme ausgebildet für eine in den Futterkörper einsetzbare Elektronikeinheit, der die Schallsensoren zugeordnet sind. Insbesondere sind dabei der Elektronikeinheit drei der Schallsensoren für die Erfassung des Körperschalls in axialer, radialer und tangentialer Richtung zugeordnet. Durch die Integration von Körperschallmesstechnik mit der Erfassung eines Körperschallsignals können sowohl Wartungs- als auch Bearbeitungszustände ermittelt werden, und zwar durch bei der Bearbeitung entstehende Schallsignale, die in der Spannvorrichtung als Übertragungsmedium zu den Schallsensoren geführt werden. Es können die auf das Werkstück oder das Werkzeug wirkenden Kräfte gemessen werden und es ist ein Rückschluss auf den Werkzeugverschleiß ermöglicht, wobei insbesondere akustisch auch ein Werkzeugversagen überwacht werden kann, also beispielsweise ein Bruch eines Bohrers oder eines Fräsers erkannt und entsprechend reagiert werden kann. Die Verwendung von mindestens zwei, nicht parallel zueinander angeordneten Schallsensoren ermöglicht dabei die Messung eines besseren Signals sowie eine verbesserte Bestimmung der Schallquelle, insbesondere durch eine verbesserte Lokalisierungsmöglichkeit.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch die Oberflächenqualität des Werkstücks beurteilt werden kann anhand durch Rattern ausgelöste Schallsignale. Da insgesamt drei Schallsensoren vorliegen, können auch die drei erfassten Signale ausgewertet werden für eine erleichterte Identifizierung der Schallquelle durch Unterschiede in der Richtung, der Laufzeit und/oder der Intensität der Schallsignale.

Mit dieser Spannvorrichtung ist der besondere Vorteil verbunden, dass in Echtzeit, permanent oder getaktet, die Betriebszustände und/oder Betriebsparameter erfasst, verarbeitet und bewertet werden können.

Bevorzugt ist es dabei, wenn die drei Schallsensoren orthogonal zueinander ausgerichtet sind, und wenn einer der Schallsensoren parallel zur der Futterachse ausgerichtet ist. Dies erleichtert die Auswertung der Schallsignale, da die Ausrichtung dem intrinsischen Koordinatensystem der Spannvorrichtung folgt.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Schallsensoren an der Gehäusewandung der Elektronikeinheit angeordnet sind, da so ohne zusätzliche Dämpfung innerhalb der Elektronikeinheit unmittelbar die auf die Elektronikeinheit auftreffenden Schallwellen erfasst werden können. Vorteilhaft ist es auch, wenn in dem Futterkörper eine zweite Aufnahme für eine elektrische Speicherzelle ausgebildet ist, die elektrisch leitend mit der Elektronikeinheit verbunden ist, wobei in zweckmäßiger Weise die elektrische Speicherzelle durch mindestens einen austauschbar in der zweiten Aufnahme aufgenommenen Akkumulator gebildet ist, dessen einer Pol die Elektronikeinheit kontaktiert und dessen anderer Pol mittels einer gefederten Verschlussschraube den Futterkörper kontaktiert. Die gefederte Verschlussschraube gewährleistet dabei einen guten, beständigen Kontakt, der auch gegeben sein muss, wenn die Spannvorrichtung, beispielsweise im Falle eines Spannfutters, mit hoher Drehzahl und entsprechend großen Zentrifugalkräften rotiert.

Vorgesehen ist weiterhin, dass der Futterkörper zweiteilig gebildet sein kann mit einem der Befestigung dienenden Futterflansch, in dem die erste Aufnahme und/oder die zweite Aufnahme ausgebildet ist. Der Futterflansch wird häufig genutzt für die Verbindung der Spannvorrichtung mit der Werkzeugmaschine, so dass durch die zweiteilige Ausbildung mit der Bereitstellung der Elektronikeinheit und der Speicherzelle im Futterflansch auch eine Nachrüstung bestehender Spannvorrichtungen möglich ist.

Wenn die erste Aufnahme sich von der äußeren Umfangsfläche des Futterkörpers erstreckt und durch einen Verschlussdeckel der Elektronikeinheit verschlossen ist, dann ist eine einfache Zugänglichkeit gegeben und ermöglicht, dass dem Verschlussdeckel eine Antenne für eine drahtlose Datenübertragung mittels eines Senders zugeordnet ist. Die drahtlose Datenübertragung kann durch beliebige

Datenübertragungsstandards erfolgen wie Bluetooth, WLAN oder auch durch IO-Link Wireless. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Elektronikeinheit plan den Wänden in der ersten Aufnahme anliegt, da so eine gute Kopplung für die Schallübertragung gewährleistet ist. Dafür wird auch ein in einem Gewinde des Futterkörpers verstellbarer Gewindestift genutzt, um die Elektronikeinheit mit ihrer Gehäusewandung plan gegen drei orthogonal zueinander liegende Wände der ersten Aufnahme zu klemmen. Dabei ist das Gewinde geneigt zu den Wänden der ersten Aufnahme orientiert, um so eine vektorielle Kraftkomponente zu allen drei Wänden zu erzeugen.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die intrinsisch in der Spannvorrichtung oder dem Werkzeug beziehungsweise Werkstück erzeugten Schallsignale mit den Schallsensoren zu erfassen. Alternativ oder auch ergänzend kann auch ein Schallkopf zur Erzeugung von Körperschall vorgesehen sein. Mit diesen Schallkopf kann ein bekanntes, definiertes Signal erzeugt werden, dessen Modifikation bei der Schallausbreitung durch die Spannvorrichtung gleichfalls ausgewertet werden kann.

Die vorstehend genannten Vorteile und Wirkungen gelten sinngemäß für einen Futterflansch für eine derartige Spannvorrichtung, in dem eine erste Aufnahme und/oder eine zweite Aufnahme ausgebildet ist.

Eine Beurteilung des Zustandes der überwachten Spannvorrichtung ist vereinfacht, wenn eine Auswerteeinheit ein Rechenwerk zur Durchführung einer Modalanalyse aufweist. Dabei kann die Auswerteeinheit der Elektronikeinheit zugeordnet sein, so dass der Sender verarbeitete Signale, insbesondere zur Steuerung einer Werkzeugmaschine versendet. Auch kann die Auswerteeinheit der Steuereinheit zugeordnet sein, so dass der Sender Rohdaten versendet. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.

Im Folgenden wird die Erfindung einem an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische, transparente Darstellung einer Spannvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht aus Richtung des Pfeiles II aus Figur lauf einen Teil des Flansches,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der isolierten Elektronikeinheit mit den drei Schallsensoren,

Fig. 4 eine Darstellung der Anordnung der elektrischen Speicherzelle in dem Futterflansch,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Futterkörper, beziehungsweise im Falle eines zweiteiligen Futterkörpers, Futterflansch, mit Wuchtmassen für die Elektronikeinheit und Wuchtmassen für die Speicherzelle, Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Wuchtmasse für die

Elektronikeinheit, mit in Gewindeaufnahmen verstellbaren Gewindestiften, und

Fig. 7 einen Teil eines der Figur 5 entsprechenden Querschnitts mit der Wuchtmasse aus Figur 6.

In der Figur 1 ist eine Spannvorrichtung 1, nämlich ein Spannfutter 2 gezeigt, wie diese genutzt wird, das Bindeglied zwischen einer in der Zeichnung selber nicht dargestellten Werkzeugmaschine und einem Werkstück bzw. Werkzeug darzustellen. Die Spannvorrichtung 1 kann aber auch durch einen Schraubstock gebildet sein. Allen diesen Spannvorrichtungen 1 ist gemein, dass deren Futterkörper 3 zur Erzeugung und Übertragung der erforderlichen Spannkraft relativ zueinander verstellbare Bauteile zugeordnet sind, wobei diese Relativverstellung durch eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung gebildet sein kann. Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel verfügt über drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete, in radialen Führungsaufnahmen 5 des Futterkörpers verstellbare Spannbacken 6, wobei eine andere Anzahl von Spannbacken 6 gleichfalls möglich ist. Gezeigt sind dabei die Grundbacken, auf denen Aufsatzbacken befestigt werden können.

Die relativ zueinander verstellbaren Bauteile unterliegen einem Verschleiß, der die Erzeugung und Übertragung der Spannkraft beeinflusst, so dass der Fall gegeben sein kann, dass trotz einer ausreichend hohen Erzeugung der Spannkraft diese nicht in der benötigten Flöhe beim Werkstück oder Werkzeug anliegt. Für eine bessere Erfassung des Zustandes der Spannvorrichtung 1 und deren Betriebsbedingungen sind dem Futterkörper mindestens zwei Schallsensoren 9 zugeordnet, die nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, insbesondere ist in dem Futterkörper 3 eine erste Aufnahme 7 ausgebildet für eine in den Futterkörper 3 einsetzbare Elektronikeinheit 8, der die mindestens zwei Schallsensoren 9 zugeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiels sind drei Schallsensoren 9 für die Erfassung des Körperschalls in axialer, radialer und tangentialer Richtung der Elektronikeinheit 8 zugeordnet, wobei die drei Schallsensoren 9 orthogonal zueinander ausgerichtet sind und einer der Schallsensoren parallel zu der Futterachse ausgerichtet ist (Figuren 2 und 3).

Die Schallsensoren 9 sind an der Gehäusewandung 10 der Elektronikeinheit 8 angeordnet. Weiterhin erstreckt sich die erste Aufnahme 7 von der äußeren Umfangsfläche 11 des Futterkörpers 3, und zwar in dem gezeigten Ausführungsbeispiel radial nach innen. Eine tangentiale Ausrichtung ist gleichfalls möglich. Die erste Aufnahme 7 ist durch einen Verschlussdeckel 12 der Elektronikeinheit 8 verschlossen, dem eine Antenne für eine drahtlose Datenübertragung mittels eines Senders zugeordnet ist.

Die Elektronikeinheit 8 liegt plan den Wänden in der ersten Aufnahme 7 an, wobei ein in einem Gewinde 13 des Futterkörpers 3 verstellbarer Gewindestift 14 genutzt ist, um die Elektronikeinheit 8 mit ihrer Gehäusewandung 10 plan gegen drei orthogonal zueinander liegende Wände der ersten Aufnahme 7 zu klemmen. Das Gewinde 13 ist geneigt zu den Wänden der ersten Aufnahme 7 orientiert (Figur 1).

In dem Futterkörper 3 ist eine zweite Aufnahme 15 für eine elektrische Speicherzelle 16 ausgebildet, die elektrisch leitend über eine Leitung 17 mit der Elektronikeinheit 8 verbunden ist (Figuren 2 und 4), wobei die elektrische Speicherzelle 16 durch mindestens einen austauschbar in der zweiten Aufnahme 15 aufgenommenen Akkumulator gebildet ist, dessen erster Pol 18 die Elektronikeinheit kontaktiert und dessen zweiter Pol 19 mittels einer gefederten Verschlussschraube 20 den Futterkörper 3 kontaktiert.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Futterkörper 3 zweiteilig gebildet mit einem der Befestigung an der Werkzeugmaschine dienenden Futterflansch 4, in dem die erste Aufnahme 7 und die zweite Aufnahme 15 ausgebildet ist.

Der Spannvorrichtung 1 kann auch ein Schallkopf zur Erzeugung von Körperschall zugeordnet sein, so dass gezielt ein bekanntes Schallsignal erzeugt und durch die Schallsensoren 9 erfasst werden kann. Veränderungen des Schallsignals lassen dann Rückschlüsse auf den Status der Spannvorrichtung 1 zu.

Die Elektronikeinheit 8 und die elektrische Speicherzelle 16 beeinflussen die Masseverteilung des Futterkörpers 3 beziehungsweise des Futterflansches 4. In dem aus Figur 5 ersichtlichen Ausführungsbeispiel sind

Wuchtaufnahmen 22 zur Aufnahme von Wuchtmassen 23 vorgesehen, wobei die Lage und Größe der Wuchtaufnahmen und der zugeordneten Wuchtmassen 23 zur Erzielung der gewünschten mechanischen Eigenschaften gewählt sind. Es kann daher auch eine einzige Wuchtaufnahme mit einer, gegebenenfalls verstellbaren, Wuchtmasse ausreichend sein. Es wird also durch die Anordnung der Wuchtaufnahmen 22 und die Einbringung der Wuchtmassen 23 sichergestellt, dass auch bei hohen Drehzahlen die erforderliche Wuchtgüte erreicht wird. Figur 5 zeigt als eine mögliche Konfiguration die Wahl von zwei Wuchtmassen 23 für die Elektronikeinheit 8 und von zwei Wuchtmassen 23 für die Speicherzelle 16, in einer jeweils gleichmäßig über den Umfang verteilten Anordnung. Die Wuchtmasse 23 für die Elektronikeinheit 8 kann dabei entsprechend Figur 6 durch in Gewindeaufnahmen angeordnete Gewindestifte 24 gebildet sein, deren Einschraubtiefe zur Variation der Massenverteilung genutzt werden kann. Auch die Wuchtmasse 23 für die Speicherzelle 16 kann mit einem Außengewinde in eine entsprechende Gewindeaufnahme 25 eingeschraubt sein, wobei durch die Einschraubtiefe eine Variation der Massenverteilung möglich ist. In dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Wuchtmasse 23 für die Speicherzelle 16 kein Außengewinde, sondern wird lediglich in die Wuchtaufnahme 22 eingelegt, die durch eine Verschlussschraube 20 gesichert wird. Eine in der Wuchtmasse 23 eingebrachte Bohrung kann zur Variation der Größe der Wuchtmasse 23 genutzt werden, wobei diese Bohrung auch ohne oder mit einem Gewinde ausgeführt sein kann für die Aufnahme von Passstiften oder Gewindestifte 24.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Spannvorrichtung

2 Spannfutter

3 Futterkörper 4 Futterflansch

5 Führungsaufnahmen

6 Spannbacke

7 erste Aufnahme

8 Elektronikeinheit 9 Schallsensor

10 Gehäusewandung

11 Umfangsfläche

12 Verschlussdeckel

13 Gewinde 14 Gewindestift

15 zweite Aufnahme

16 Speicherzelle

17 Leitung

18 erster Pol 19 zweiter Pol

20 Verschlussschraube

21 Feder

22 Wuchtaufnahme

23 Wuchtmasse 24 Gewindestifte

25 Gewindeaufnahme