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Patent Searching and Data


Title:
MEASURING ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/016799
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a measuring arrangement for assembly on or in a tool (100), in particular, in an injection moulding tool, comprising two or more sensors (2, 3) for the simultaneous measurement of measured parameters, each sensor (2, 3) generating a measurement signal (21, 31) in the operating state, at least two measurement signals (21, 31) being of different types from each other. The measuring arrangement comprises a signal converter (5) with an output interface (4), all measured signals (21, 31) being converted into the same type of output signal (211, 311) in the signal converter (5). Said output signals (211, 311) can be transmitted through the output interface (4) by means of a detachable signal line (400) to an analytical unit (6).

Inventors:
BOSSHARD REINHARD (CH)
ENGELER PAUL (CH)
PLETSCHER ERNST (CH)
Application Number:
PCT/CH2006/000402
Publication Date:
February 15, 2007
Filing Date:
August 03, 2006
Export Citation:
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Assignee:
KISTLER HOLDING AG (CH)
WASER MAX P (CH)
BOSSHARD REINHARD (CH)
ENGELER PAUL (CH)
PLETSCHER ERNST (CH)
International Classes:
G01D21/02; G01D3/02
Foreign References:
US4972099A1990-11-20
US6115654A2000-09-05
Other References:
See also references of EP 1913340A1
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Claims:
Patentansprüche

1. Messanordnung zum Anbringen an oder in ein Werkzeug

(100), insbesondere in ein Spritzgusswerkzeug, umfassend zwei oder mehr austauschbaren Sensoren (2, 3) zur simul- tanen Messung von Messgrössen, wobei im Betriebszustand jeder Sensor (2, 3) ein Messsignal (21, 31) erzeugt, wobei mindestens zwei Messsignale (21, 31) typverschieden voneinander sein können, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung einen Signalumformer (5) mit einer Ausgabe- schnittsteile (4) umfasst, wobei im Signalumformer (5) alle Messsignale (21, 31) in typgleiche Ausgabesignale (211, 311) umformbar sind, und dass diese Ausgabesignale (211, 311) über die Ausgabeschnittstelle (4) mittels einer lösbaren Signalleitung (400) zu einer Auswerteeinheit (6) übermittelt werden können.

2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (2, 3) mit nicht abgeschirmten Leitungen mit dem Signalumformer (5) signalverbunden sind.

3. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabesignale (211, 311) simultan und realtime übertragen werden können.

4. Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung an oder in einem Spritzgusswerkzeug angebracht ist.

5. Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Sensoren (2, 3) ein Drucksensor, insbesondere ein piezoelektrischer oder piezoresistiver Drucksensor oder ein Temperatursensor, insbesondere ein

Thermoelement, oder ein piezoresistiver Temperatursensor, oder ein Widerstandsthermometer oder ein Kombisensor ist.

6. Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Messsignale (21, 31) eine elekt- rische Ladung, eine elektrische Spannung, ein elektrischer Strom, eine Thermospannung oder ein anderes elektrisches Messsignal ist.

7. Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zwei typgleichen Ausgabesignale (211, 311) opti- sehe Ausgabesignale (211, 311) , oder akustische Ausgabesignale (211, 311) oder elektrische Ausgabesignale (211, 311), insbesondere eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom sind.

8. Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, um- fassend ein mit der Ausgabeschnittstelle (4) signalverbundener Datenträger (DT) mit einer Systeminformation, wobei die Systeminformation eine Sensorinformation und / oder eine Information des Signalumformers (5) und / oder eine Werkzeuginformation und / oder eine Prozessinforma- tion und / oder eine Produktinformation ist.

9. Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanlage zum Anschlies- sen von acht oder mehr Sensoren vorgesehen ist.

10. Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo- bei zur übertragung der Ausgabesignale (211, 311) eine

Multiplexeinrichtung (8) , insbesondere ein Zeitmultiple- xer (8) und / oder ein Frequenzmultiplexer (8) vorgesehen ist.

11. Verfahren zur Signalübertragung einer Messgrösse eines Sensors (2, 3) einer Messanordnung, welche an oder in ei-

nem Werkzeug (100) , insbesondere in einem Spritzgusswerkzeug, angebracht ist, umfassend zwei oder mehr austauschbare Sensoren (2, 3) mit welchen Messgrössen simultan gemessen werden, wobei ' jeder Sensor (2, 3) ein Messsignal (21, 31) erzeugt, wobei mindestens zwei Messsignale (21, 31) typverschieden voneinander sein können, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung einen Signalumformer (5) mit einer Ausgabeschnittstelle (4) umfasst, wobei der Signalumformer (5) alle Messsignale (21, 31) in typglei- che Ausgabesignale (211, 311) umformt, und dass diese Ausgabesignale (211, 311) über die Ausgabeschnittstelle (4) mittels einer lösbaren Signalleitung (400) zu einer Auswerteeinheit (6) übermittelt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabesignale (211, 311) simultan und realtime übertragen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei mindestens eines der Messsignale (21, 31) in optische Ausgabesignale (211, 311) , und / oder in akustische Ausgabesignale (211, 311) und / oder in elektrisches Ausgabesignale (211, 311) , insbesondere in eine elektrische Spannung und / oder in einen elektrischen Strom umgeformt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Ausgabesignale (211, 311) in einer Multiplexeinrichtung (8) vor der übertragung über die Ausgabeschnittstelle (4) an die Auswerteeinheit (6) aufbereitet werden, insbesondere ein Zeitmultiplexing und / oder ein Frequenzmultiplexing der Ausgabesignale (211, 311) vorgenommen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Ausgabesignale (211, 311) mittels einer elektronischen

Schaltung in ein Netzwerkformat umgewandelt und über eine

Netzwerkverbindung an die Auswerteeinheit (6) übertragen werden, wobei die Netzwerkverbindung eine Ethernet, eine RS 232, eine IEEE, ein CAN-Bus oder ein CAN Operator sein kann.

16. Messplatz zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 11, umfassend ein Werkzeug (100) mit einer Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Werkzeug (100) eine Brennkraftmaschine, eine Kältemaschine, ein wissenschaftliches Werkzeug, im spe- ziellen ein wissenschaftlicher Versuchsaufbau, oder ein anderes Werkzeug, insbesondere ein Spritzgusswerkzeug ist.

Description:

Me s s anor dnung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung, ein Verfahren zur Signalübertragung einer Messgrösse, sowie einen Messplatz zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.

Stand der Technik

In der industriellen Messtechnik, ebenso wie in der Forschung und auf anderen messtechnisch relevanten Gebieten, insbeson- dere bei der Prozessanalyse und der Produktionsüberwachung von Werkzeugmaschinen, wie z.B. beim Spritzgiessen, aber auch bei sonstigen Anlagen, bestehen eine Reihe von Anforderungen um die Anwenderfreundlichkeit zu erhöhen, Fehlerquellen beim Messen zu reduzieren, die Messgenauigkeit, Empfindlichkeit und das Signal zu Rausch in der Messung zu verbessern, wobei gleichzeitig das verwendete Werkzeug bzw. die Maschine oder Anlage und deren spezifische Parameter, ebenso wie die zur Messung verwendeten Sensoren von einer Auswerteeinheit für das Messsignal erkannt werden müssen. Darüber hinaus bestehen häufig weitere Anforderungen, die weit über das zuvor gesagte hinausgehen.

So müssen für eine zuverlässige Messung bzw. für eine korrekte Auswertung der Messsignale zusätzliche Signale zwischen einer mit Sensoren bestückten Anlage, wie z.B. einer Werkzeugmaschine und der Auswerteeinheit ausgetauscht werden. Beispielweise müssen Parametrierinformationen und / oder Referenzkurven zwischen der Werkzeugmaschine und der Auswerteeinheit ausgetauscht werden, es müssen eventuell Hilfskanäle bereit gestellt werden, z.B. um die Sensoren selbst bzw. an-

dere Komponenten mit elektrischer Energie zu versorgen, es müssen in manchen Fällen Daten über den Status der Werkzeugmaschine und / oder der Auswerteeinheit übertragen werden, also beispielsweise ob die Werkzeugmaschine und / oder die Auswerteeinheit überhaupt in Betrieb sind, ob zwischen ihnen eine funktionstüchtige Signalverbindung besteht, und viele andere Informationen mehr. Der Fachmann ist mit diesen Problemen wohl vertraut.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Qualitätssicherung bzw. Produktsicherung, sowie die Betriebssicherheit. Der Auswerteeinheit müssen neben den reinen Informationen über den Betriebszustand der Werkzeugmaschine und die erfassten Messdaten als solche, in bestimmten Fällen auch Daten über den Pro- duktionsablauf in der Werkzeugmaschine, die hergestellten

Produkte selbst, wie z.B. Seriennummern, über die das einzelne hergestellte Produkt zur Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung jederzeit identifizierbar ist, zugeführt werden.

Dabei muss die Verbindung zwischen der Werkzeugmaschine oder einer anderen Anlage und der Auswerteeinheit auch hohen Anforderungen an eine einfache und sichere Bedienung genügen. Das heisst, es muss sichergestellt sein, dass zum Beispiel auch weniger hoch qualifiziertes Bedienungspersonal in der Lage ist, zum Beispiel beim Werkzeugwechsel, die Verbindung zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit sicher und schnell zu trennen und / oder herzustellen, ohne dass dabei zum Beispiel eine Verwechslung von Kabelverbindungen, Messkanälen usw. möglich ist, die dazu führen kann, dass Messdaten zum Beispiel falsch erfasst oder von der Auswerteeinheit falsch interpretiert werden. Insbesondere muss eine Vertauschung von Signalleitungen zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit unbedingt verhindert werden. Z.B. das Vertäu-

sehen einer Messleitung mit einer Leitung zur Versorgung mit elektrischer Energie kann im schlimmsten Fall die Zerstörung der Sensoreinheiten der Werkzeugmaschine und / oder einen Defekt in der Auswerteeinheit zur Folge haben, was zum Still- stand der Produktion führen kann und entsprechend mit massiven wirtschaftlichen Schäden verbunden sein kann.

Ein bisher nicht gelöstes Problem besteht dabei darin, dass zum Beispiel eine Werkzeugmaschine, wie eine Werkzeugmaschine zur Herstellung von Kunststoffteilen, mit einer Auswerteeinheit mehrere typverschiedene Signale austauschen muss. Beispielsweise kann ein piezoelektrischer Sensor ein Signal in Form von elektrischen Ladungsverschiebungen liefern, ein Thermoelement ein Spannungssignal, das zu dem noch vom Mate- rial der Zuleitung zwischen Thermoelement und Auswerteeinheit abhängt und ein dritter Sensor könnte zum Beispiel ein Widerstandssensor sein, wie ein PT-1000 Temperatursensor oder ein piezoresistiver Sensor, der in einer Brückenschaltung den Austausch von elektrischen Strom und Spannungssignalen not- wendig macht.

Zur Lösung der zuvor exemplarisch und nicht abschliessend beschriebenen Probleme in Bezug auf die Signalübertragung zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit, sind aus dem Stand der Technik verschiedenste Lösungsmöglichkeiten bekannt, die jeweils das ein oder andere Teilproblem hinsichtlich bestimmter Aspekte zu lösen versuchen, aber durchweg das Problem insgesamt nicht in befriedigender Weise beseitigen.

So ist es zum Beispiel bekannt typverschiedene Signale über eine Steckverbindung zwischen Werkzeugmaschine und einer übertragungsleitung zu übertragen, wobei die übertragungsleitung dann für jedes Sensorsignal aus einzelnen Teilleitungen

besteht. Diese müssen jedoch dann häufig aufwendig einzeln gegeneinander elektrisch abgeschirmt werden, da ansonsten zwischen zwei typverschiedenen Signalleitungen, z.B. zwischen einer Signalleitung, die ein Ladungssignal überträgt und ei- ner anderen Signalleitung, die ein elektrisches Strom- / oder Spannungssignal überträgt, insbesondere ein elektrisches Wechselspannungssignal überträgt, ein sogenanntes „übersprechen" der Signale von einer Signalleitung auf die andere zu befürchten ist, was zu einer Verfälschung der Signale mit den bekannten Folgen führen kann.

Es versteht sich von selbst, dass solche Lösungen einerseits sehr teuer sind, weil die entsprechenden Kabelverbindungen für die Signalübertragung sehr aufwendig aufgebaut sind und diese Systeme ausgesprochen unflexibel in Bezug auf ihre Alltagstauglichkeit sind. Aufgrund des komplizierten Aufbaus der Verbindungskabel können diese nämlich durch den Kunden nicht einfach selbst konfektioniert werden. Wenn z.B. ein Verbindungskabel für die Verbindung zwischen einer Werkzeugmaschine und der zugehörigen Auswerteeinheit geliefert wird, ist es für den Kunden extrem schwierig beispielsweise die Länge des Kabels an die Gegebenheiten vor Ort anzupassen.

Ein weiteres Problem, das häufig von den anderen geschilder- ten Problemen nicht völlig unabhängig ist, besteht darin, dass ein und derselbe Sensor für die Signalübertragung mehr als einen sogenannten Messkanal benötigt, wodurch die Kabelverbindungen zwischen z.B. der Werkzeugmaschine zur Herstellung von Spritzgussteilen aus Plastik, und der zugehörigen Auswerteeinheit noch aufwendiger wird. So kann z.B. eine Wheatstone-Brücke aus elektrischen Widerständen und / oder piezoresistiven Elementen und / oder Widerstandsthermometern neben einer Masseleitung bzw. einer „Ground"-Leitung noch

drei weitere Signalanschlüsse aufweisen, die separat über eine Verbindungsleitung zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit zu übertragen sind. Dasselbe trifft häufig auch auf Kombinationssensoren oder andere Sensoren oder Messfühler zu, die alle dem Fachmann wohl bekannt sind und hier nicht einzeln aufgeführt und diskutiert werden müssen.

Dabei sind zur Lösung dieser Problem, wie bereits erwähnt, verschiedenste Lösungsvorschläge im Stand der Technik offen- bart worden, die allesamt immer nur Teilaspekte einer umfassenden Lösung betreffen und auch in Kombination keine brauchbare Alternative bieten. Beispielsweise ist dem Fachmann die sogenannte „SAW-Technik" (Surface Acoustic Wave) für die Sensorerkennung bekannt, die sehr teuer ist und insbesondere keine Lösung für die oben geschilderten Probleme bei der

übertragung von typverschiedenen Signalen liefert. Das gleiche trifft auf die „TEDS-Technik" (Technical Electronik Data Sheet) zu, bei der ein Datenträger im Sensor eingebaut wird und zwei zusätzliche elektrische Leiter benötigt werden. Im übrigen ist die TEDS-Technik aus den dem Fachmann bekannten Gründen auf Sensortemperaturen von ca. 120 0 C beschränkt.

Ein besonderer Nachteil ist, dass die TEDS-Technik die Benutzung der „Single-Wire-Technik" verbietet, die pro Signal bzw. pro Messsignal nur eine einzige Kabelzuleitung verlangt. Ein weiteres Problem der TEDS-Technik liegt darin, dass wegen der erforderlichen verhältnismässig grossen Baugrösse sich der Einsatz in kleinen Sensoren verbietet.

Beim Einsatz der SAW-Technik können zwar die bestehenden Sin- gle-Wire Kabelsysteme weiter verwendet werden, aber auch diese Technik ist ausgesprochen aufwendig und teuer, da zum Beispiel für die Auswertung der Sensoridentifikationsdaten auf-

wändige Schaltungen notwendig sind und die Datenträger beim Sensor nur einmal beschrieben werden können, die nur eine Sensoridentifikationsnummer tragen können (eine sogenannte „dumme Nummer") und keine Sensoreigenschaften speichern kön- nen.

Auch sind die Probleme der Verwechslungsgefahr der Verbindungskabel nicht gelöst, die Auftreten, wenn bei äusserlich gleichen Verbindungssystemen, d.h. mit gleichen Verbindungs- steckern und Signalleitungen verschiedene bzw. typverschiedene Messsignale übertragen werden müssen.

Darstellung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Mängel durch die Bereitstellung einer neuen Messanordnung zu beseitigen. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Messanordnung vorzuschlagen, die eine im Vergleich zum Stand der Technik überlegene Flexibilität aufweist, besonders einfach aufgebaut ist, die problemlose übertragung typverschiedener Signale gestattet, wobei gleichzeitig die Sicherheit und Einfachheit in der Handhabung optimiert wird.

Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.

Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Die Erfindung betrifft somit eine Messanordnung zum Anbringen an ein Werkzeug umfassend einen ersten Sensor zur Messung einer ersten Messgrösse und einen zweiten Sensor zur Messung

einer zweiten Messgrösse, wobei im Betriebszustand der erste Sensor ein erstes Messsignal erzeugt und der zweite Sensor ein zweites Messsignal erzeugt, und das erste Messsignal typverschieden vom zweiten Messsignal ist oder sein kann. Dabei umfasst die Messanordnung einen mit einer Ausgabeschnittstelle signalverbundenen Signalumformer, so dass das erste Messsignal und / oder das zweite Messsignal in zwei typgleiche Ausgabesignale umformbar ist, und das Ausgabesignal über die Ausgabeschnittstelle, die über eine Signalleitung mit einer Auswerteeinheit signalverbunden ist, der Auswerteeinheit zuführbar ist.

Wesentlich für die Erfindung ist es, dass ein mit einer Ausgabeschnittstelle signalverbundener Signalumformer vorgesehen ist, so dass zwei typverschiedene Messsignale in zwei typ- gleiche Ausgabesignale umformbar sind.

Wenn beispielsweise eine Werkzeugmaschine einen piezoelektrischen Sensor zur Messung eines Drucks und ein Thermoelement zur Messung einer Temperatur umfasst, so mussten bisher für die übertragung der Messdaten, welche die zuvor erwähnten Sensoren im Betriebszustand liefern, zwei völlig verschiedene übertragungseinrichtungen zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit vorgesehen werden. Um die Thermospannung, die das Thermoelement liefert korrekt auszuwerten, muss das Thermoelement mit einer elektrischen Leitung kontaktiert werden, die aus einer Legierung mit spezifischer Zusammensetzung besteht (Ausgleichsleitung) , da ansonsten Kontaktspannungen auftreten können, die zur Messung einer falschen Temperatur führen. Das Messsignal des Piezosensors, das im wesentlichen ein elektrisches Ladungssignal trägt, ist besonders empfind- lieh auf Störungen, wie beispielsweise auf elektrisches übersprechen von einer anderen Signalleitung, die ein drittes

Signal trägt, z.B. eine elektrische Wechselspannung oder einen elektrischen Wechselstrom.

Das heisst, zur übertragung der Signale mussten bisher ganz spezifische, meist sehr aufwändige Massnahmen getroffen wer- den, um die Signale zuverlässig aus der Werkzeugmaschine in die Auswerteeinheit, und umgekehrt, zu übertragen. Insbesondere war strikt darauf zu achten, dass die Verbindungskabel zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit nicht vertauscht werden, da ansonsten eine zuverlässige und korrekte Signalübertragung zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit nicht mehr gewährleistet war.

Insbesondere musste bei den aus dem Stand der Technik bekannten Messanordnungen bei einem Austausch eines Werkzeugs gegen ein anderes Werkzeug auch die komplette Zuleitung mit ausge- tauscht werden, wenn die beiden getauschten Werkzeuge nicht völlig identisch waren. Wenn beispielsweise bei den beiden Werkzeugen nur schon zwei verschiedene Thermoelemente zur Temperaturmessung vorgesehen waren, musste in der Regel aus den oben geschilderten und dem Fachmann wohl bekannten Grün- den die komplette Verkabelung ausgetauscht werden.

Die vorliegende Erfindung vermeidet alle diese Nachteile, da mittels des Signalumformers, der in der Messanordnung selbst vorgesehen ist, das erste Messsignal und / oder das zweite Messsignals in zwei typgleiche Ausgabesignale umformbar sind, bevor sie über die Ausgabeschnittstelle, die mit einer Auswerteeinheit signalverbunden ist, z.B. in Form eines elektrischen und / oder akustischen und / oder optischen Signals über die Signalleitung der Auswerteeinheit zugeführt wird.

Es versteht sich, wie weiter unten noch erläutert werden wird, dass nicht nur die von den Sensoren generierten Signale durch den Signalumformer in typgleiche Signale umformbar

sind, sondern auch andere Signale, wie zum Beispiel Werkzeuginformationen, Prozessinformationen, usw. durch den Signalumformer in das typgleiche Signal umformbar sind.

Somit werden bei einer erfindungsgemässen Messanordnung zwi- sehen der Ausgabeschnittstelle des Werkzeugs und der Auswerteeinheit bevorzugt nur noch typgleiche Signale ausgetauscht, so dass z.B. bei einem Wechsel des Werkzeugs die Verkabelung zwischen Werkzeug und Auswerteeinheit nicht mehr ausgetauscht werden muss, da zwischen jedem Werkzeug und der Auswerteein- heit immer ein und derselbe Signaltyp übertragen wird.

Beispielsweise kann eine erfindungsgemässe Messanordnung so ausgestaltet sein, dass der Signalumformer alle zwischen Werkzeug und der Auswerteeinheit auszutauschenden Signale in ein Stromsignal umformt. Das heisst, in der Werkzeugmaschine ist zum Beispiel zur Druckmessung ein piezoelektrischer Sensor und / oder ein piezoresistiver Sensor vorgesehen, zur Temperaturmessung ist aus technischen Gründen ein Thermoelement und ein PT1000 notwendig und ausserdem müssen aus einem Datenspeicher, der sich in der Werkzeugmaschine befindet, Be- triebsdaten und Daten über das Werkzeug selbst zwischen Auswerteeinheit und Werkzeug ausgetauscht werden.

Die typverschiedenen Signale, welche die zuvor erwähnten Komponenten liefern, also das Ladungssignal des piezoelektrischen Sensors, das Spannungs- bzw. Stromsignal des piezore- sistiven Sensors und des PTlOOO, sowie die digitalen Signale aus dem Datenspeicher werden im Signalumformer z.B. in ein Stromsignal umgeformt, dass dann über die Signalleitung zwischen Ausgabeschnittstelle und Auswerteinheit zuverlässig übertragen werden kann.

Wenn in einem bestimmten Produktionsschritt das Werkzeug getauscht werden muss, so kann dies unter Verwendung der glei-

chen Verkabelung geschehen, da das andere Werkzeug ebenfalls einen Signalumformer umfasst, der die zu übertragenden Signale wieder z.B. in ein Stromsignal vom selben Typ umwandelt, wie es vom ersten Werkzeug auch bereitgestellt wurde.

Es versteht sich dabei, dass natürlich auch weitere Verbindungen zum Werkzeug vorgesehen sein können, die das Werkzeug zum Beispiel mit elektrischer Energie versorgen, welche die Auswerteeinheit nicht zur Verfügung stellen kann, oder über andere Hilfs- oder Versorgungsverbindungen verfügen kann. Massgeblich für die Erfindung ist, dass die Datenübertragung zwischen Auswerteeinheit und Werkzeug über typgleiche Signale erfolgt, die der Signalumformer zur Verfügung stellt.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mässe Messanordnung ist der erste Sensor und / oder der zwei- te Sensor ein Drucksensor, insbesondere ein piezoelektrischer oder ein piezoresistiver Drucksensor und / oder ein Temperatursensor, insbesondere ein Thermoelement und / oder ein piezoresistiver Temperatursensor und / oder ein Widerstandsthermometer und / oder ein Kombisensor.

Dementsprechend kann das erste Messsignal und / oder das zweite Messsignal eine elektrische Ladung, eine elektrische Spannung, ein elektrischer Strom, eine Thermospannung und / oder ein anderes elektrisches Messsignal sein.

Die zwei oder weiteren typgleichen Ausgabesignale können da- bei auch ein optisches Ausgabesignal oder ein akustisches Ausgabesignal oder ein elektrisches Ausgabesignal, insbesondere eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom sein, je nachdem, ob der Signalumwandler ein optischer, ein akustischer oder ein elektrischer Signalumwandler ist.

In einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Messanordnung ist ein mit der Ausgabeschnittstelle signalverbundener Datenträger mit einer Systeminformation vorgesehen, wobei die Systeminformation ei- ne Sensorinformation und / oder eine Information des Signalumformers und / oder eine Werkzeuginformation und / oder eine Produktinformation und / oder eine Prozessinformation und / oder eine Look-up-Tabelle und oder eine Referenz- oder Eichkurve ist.

Dabei ist bevorzugt ein die Systeminformation tragendes Signal vom Signalumformer in das typgleiche Ausgabesignal umformbar .

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist zur übertragung des Ausgabesignals eine Multiplexeinrichtung, insbesondere ein Zeitmultiplexer und / oder ein Frequenzmultiplexer vorgesehen. Dadurch können die zwei oder mehreren vom Signalumformer bereitgestellten typgleichen Ausgabesignale im wesentlichen über eine einzige Signalleitung zwischen Messanordnung und Auswerteeinheit übertragen werden.

In einem anderen Beispiel kann die Ausgabeschnittstelle eine Ethernet-Schnittstelle sein, so dass die Datenübertragung zwischen Auswerteeinheit und Werkzeugmaschine über ein internes Computernetzwerk oder sogar über das Internet erfolgen kann. Damit entfällt eine separate Verkabelung zwischen Aus- werteeinheit und Werkzeugmaschine völlig und eine Verwechslung der Kabelverbinder zwischen Werkzeugmaschine und Auswerteeinheit ist völlig ausgeschlossen.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Signalübertragung einer Messgrösse eines Sensors einer Messanordnung, welche Messanordnung einen ersten Sensor, mit welchem eine erste Messgrösse gemessen wird und einen zweiten Sensor, mit

welchem eine zweite Messgrösse gemessen wird, umfasst. Dabei erzeugt der erste Sensor ein erstes Messsignal und der zweite Sensor ein zweites Messsignal, wobei das erste Messsignal typverschieden vom zweiten Messsignal ist. Die Messanordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens umfasst dabei einen mit einer Ausgabeschnittstelle signalverbundenen Signalumformer, wobei der Signalumformer das erste und / oder das zweite Messsignal in zwei messtechnisch typgleiche Ausgabesignale umformt und das Ausgabesignal über die Ausgabe- Schnittstelle, die über eine Signalleitung mit einer Auswerteeinheit signalverbunden wird, der Auswerteeinheit zugeführt wird.

Die Sensoren sind austauschbar. Anstelle eines Drucksensors kann später beispielsweise ein Temperatursensor angeschlossen werden. Insbesondere werden für diese Anwendungen aktive Sensoren verwendet, welche keine Speisung benötigen.

Bezeichnend für diese erfinderische Messanordnung ist, dass die Messgrössen simultan gemessen werden. Dementsprechend können die Ausgabesignale auch simultan und realtime übertra- gen werden.

Dadurch, dass die Messanordnung inklusive Signalumformer im oder am Werkzeug angebracht ist, ist es möglich, Single-Wire Technik zu verwenden, da das Werkzeug abschirmende Wirkung hat. Dadurch kann auf teure abgeschirmte Leitungen verzichtet werden, was die Messanordnung viel billiger macht.

Insbesondere kann die Messanordnung acht oder mehr Messkanäle aufweisen zum Anschliessen an ebenso viele austauschbare Sensoren.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mässen Verfahrens wird das erste Messsignal und / oder das

zweite Messsignal in ein optisches Ausgabesignal, und / oder in ein akustisches Ausgabesignal und / oder in ein elektrisches Ausgabesignal, insbesondere in eine elektrische Spannung und / oder in einen elektrischen Strom umgeformt.

Dabei wird in einem anderen Ausführungsbeispiel das Ausgabesignal in einer Multiplexeinrichtung vor der übertragung über die Ausgabeschnittstelle an die Auswerteeinheit aufbereitet, insbesondere wird ein Zeitmultiplexing und / oder ein Fre- quenzmultiplexing des Ausgabesignals vorgenommen.

Erfindungsgemäss können die Ausgabesignale auch mittels einer elektronischen Schaltung in ein Netzwerkformat umgewandelt und über eine Netzwerkverbindung an die Auswerteeinheit übertragen werden, wobei die Netzwerkverbindung eine Ethernet, eine RS 232, eine IEEE, ein CAN-Bus oder ein CAN Operator sein kann.

Die Erfindung betrifft weiter einen Messplatz zur Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens, wobei der Messplatz ein Werkzeug mit einer Messanordnung wie oben beschrieben um- fasst. Dabei ist das Werkzeug im Speziellen eine Brennkraft- maschine, eine Kältemaschine, ein wissenschaftliches Werkzeug, im Speziellen ein wissenschaftlicher Versuchsaufbau, oder ein anderes Werkzeug, insbesondere ein Spritzgusswerkzeug. Es versteht sich, dass das Werkzeug auch jedes andere Werkzeug sein kann, in dem typverschiedene Signale anfallen, die mit einer Auswerteeinheit ausgetauscht werden müssen.

Es versteht sich weiterhin, dass sich die Erfindung nicht auf die oben eingehend beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind diese nur exemplarisch zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen. Insbesondere sind ne- ben weiteren, hier nicht näher beschriebenen Ausführungsvari-

anten, alle geeigneten Kombinationen der obigen Ausführungsbeispiele von der Erfindung umfasst.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Werkzeug;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Messanordnung;

Fig. 3 ein zweiteiliges Werkzeug in einer erfindungsgemäs- sen Messanordnung ;

Fig. 4 eine Messanordnung mit einem thermisch entkoppelten Gehäuse .

Zur besseren Darstellung der Vorzüge der vorliegenden Erfin- düng, werden anhand der Fig. 1 zunächst noch einmal die Nachteile eines aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeugs 100' exemplarisch erläutert. Zur Abgrenzung der Erfindung vom Stand der Technik gemäss Fig. 1, sind die Bezugszeichen in Fig. 1 mit einem Hochkomma versehen, während die Bezugszei- chen in den Fig. 2 bis Fig. 4, die sich auf die Erfindung beziehen, nicht mit einem Hochkomma versehen sind.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teil einer aus dem Stand der Technik bekannten Messanordnung 1' mit einem Werkzeug 100' , das über mindestens drei Signallei- tungen 400' mit einer aus Gründen der übersichtlichkeit hier nicht gezeigten Auswerteeinheit signalverbunden ist. Das Werkzeug 100', das zum Beispiel ein Spritzgusswerkzeug zur

Herstellung von Kunststoffformen sein kann, umfasst unter anderem einen ersten Sensor 2', der zum Beispiel ein Thermoelement ist und einen Kombisensor 3 f , der zum Beispiel ein piezoelektrischer und / oder piezoresistiver und / oder ein an- derer Kombisensor sein kann und z.B. ein Spannungssignal und ein Ladungssignal liefert. Weiterhin ist im Werkzeug 100' ein Energieverteiler E' vorgesehen, dem über eine Signalleitung 4' elektrische Energie zuführbar ist, die dem Energieverteiler E' über eine separate Signalleitung 400' von der Auswer- teeinheit zur Verfügung gestellt wird und die der Energieverteiler E' an die verschiedenen Sensoren 2' , 3' und / oder an den Datenträger DT' verteilt. Bei den elektrischen Signalen, die das Werkzeug 100' mit der nicht gezeigten Auswerteinheit austauschen muss, handelt es sich um mehrere typverschiedene elektrische Signale. So liefert das Thermoelement 2' z.B. eine elektrische Spannung, der Piezo-Kombisensor 3' liefert eine elektrische Spannung und ein elektrisches Ladungssignal, während der Datenträger DT' sich über eine gepulste elektrische Wechselspannung mit der Auswerteeinheit austauscht. Der Energieverteiler E' muss schliesslich über seine Signalleitung 400' mit einer bestimmten elektrischen Gleichstrom- Leistung versorgt werden.

Da es sich um typverschiedene elektrische Signale handelt, müssen mehrere Signalleitungen 400' vorgesehen sein, die ent- weder gleich oder verschieden aufgebaut sein können und jeweils über verschiedene Ausgabeschnittstellen mit der Werkzeugmaschine verbunden werden müssen.

Dabei müssen weitere Massnahmen vorgesehen werden, um eine sichere übertragung der Daten zwischen Auswerteeinheit und Werkzeug 100' zu gewährleisten.

So werden die Sensorsignale 21', 31' zwar über ein und dieselbe Signalleitung 400', die an einer Ausgabeschnittstelle 4' mit dem Werkzeug 100' signalverbunden ist, an die Auswerteeinheit übermittelt. Es müssen jedoch Abschirmmassnahmen 401' getroffen werden, im vorliegenden Fall Koaxialkabel 401', um die verschiedenen Sensorsignale 21', 31' und die Signale des Datenträgers DT' voneinander abzuschirmen, damit kein übersprechen der Signale, das heisst kein elektromagnetischer Austausch der Signale untereinander stattfinden kann, was die Signale verfälschen würde. Weiter ist es so, dass aus Gründen der Wirtschaftlichkeit möglichst wenig verschiedene Signalleitungen 400' verwendet werden. So ist die Signalleitung 400' des Datenträgers DT' baugleich identisch mit der Energieversorgungsleitung 400' des Energieverteilers E' . Dadurch besteht beim Wechseln des Werkzeugs 100' die Gefahr, dass die Signalleitung 400' des Datenträgers DT' versehentlich an den Energieverteiler E' angeschlossen wird, und die elektrische Energieversorgung für das Werkzeug 100' an den Datenträger DT' angeschlossen wird, was einerseits zur Zerstörung des Da- tenträgers DT' führt und andererseits die Auswerteeinheit beschädigen kann.

Diese nur exemplarisch beschriebenen Probleme aus dem Stand der Technik, werden durch die vorliegende Erfindung vermieden .

In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Messanordnung dargestellt, die im folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird.

Die Messanordnung der Fig. 2 umfasst ein Werkzeug 100, im Speziellen eine Werkzeugmaschine 100 in Form einer Spritz-

gussmaschine 100 für Kunststoffteile, z.B. für Kunststoffteile aus dem medizinischen Bereich wie Injektionsspritzen, Verpackungsmaterial oder andere Produkte. Die Werkzeugmaschine 100 ist über eine einzige Signalleitung 400 mit einer Auswer- teeinheit 6 signalverbunden, die zum Beispiel neben anderen Einrichtungen eine Datenverarbeitungsanlage umfassen kann. Zur Abschirmung gegen äussere elektromagnetische Einflüsse umfasst die Signalleitung 400 eine Abschirmmassnahme 401, die bevorzugt die Auswerteeinheit und die Werkzeugmaschine auf ein gemeinsames elektrisches Erdungspotential G festlegt.

Die Werkzeugmaschine 100 bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel umfasst einen ersten Sensor 2, der ein Thermoelement 2 ist und einen zweiten Sensor 3, der ein piezoresistiver Drucksensor 3 ist. Das Thermoelement 2 liefert dabei eine Thermospannung 21, während der piezoresistive Drucksensor 3 ein elektrisches Spannungs- und / oder Stromsignal 31 liefert. Die beiden Sensoren 2, 3 liefern somit mindestens zwei typverschiedene elektrische Messsignale 21, 31. Erfindungsge- mäss ist ein Signalumformer 5 in der Werkzeugmaschine 100 vorgesehen, der die beiden typverschiedenen Messsignale 21, 31 in zwei typgleiche Ausgabesignale 211, 311 umwandelt, zum Beispiel in zwei eingeprägte Ströme 211, 311 von jeweils maximal 40 mA, die jeweils als gepulstes oder nicht gepulstes Gleichspannungssignal 211, 311 über die Ausgabeschnittstelle 4, die hier ein einfacher zweipoliger Stecker 4 ist, über die abgeschirmte Signalleitung 400 einer Auswerteeinheit 6 zuführbar ist. Dadurch, dass die Messsignale 21, 31 durch den Signalumformer 5 in die eingeprägten Ströme 211, 311 umgeformt wurde, brauchen an die Signalleitung 400 keinerlei be- sonderen Anforderungen bezüglich des Materials, aus der die Kabel der Signalleitung 400 hergestellt sind, oder an deren Länge oder an sonstige spezielle Eigenheiten gestellt werden.

Es kann praktisch jede elektrische Leitung als Signalleitung 400 verwendet werden, die nur über die richtigen Anschlüsse zum Anschluss an die Ausgabeschnittstelle 4 verfügen muss.

Da die Signalleitung 400 über einen einzigen Anschluss, zum Beispiel über einen einzigen Stecker an die Ausgabeschnittstelle 4 angeschlossen wird, ist ein Vertauschen der beiden Ausgabesignale 211 und 311 völlig unmöglich. Da die Messsignale 21 und 31 in die robusten Ausgabesignale 211, 311 in Form von einfachen Stromsignalen 211, 311 durch den Signalum- former 5 umgeformt wurden, werden an die Signalleitung 400 keinerlei besonderen Anforderungen gestellt. Das heisst, es können sehr billige Signalleitungen 400 verwendet werden, die vom Anwender selbst in beliebiger Weise konfektioniert, zum Beispiel in ihrer Länge an die Gegebenheiten vor Ort ange- passt werden können.

In Fig. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein zweiteiliges Werkzeug 100 einer erfindungsgemässen Messanordnung 1 schematisch dargestellt.

Das Werkzeug 100 der Fig. 3 ist ein zweiteiliges Spritzguss- Werkzeug 100, wie es in vielen verschiedenen Ausführungsvarianten zur Herstellung von Spritzgussteilen dem Fachmann wohl bekannt ist. Das Spritzgusswerkzeug 100 ist über die Ausgabeschnittstelle 4, die zum Beispiel ein mehrpoliger Steckeran- schluss 4 sein kann, und die Signalleitung 400, die in Fig. 3 vereinfacht als Pfeil dargestellt ist, mit der Auswerteinheit 6 signalverbunden. Das Spritzgusswerkzeug 100 ist ein zweiteiliges Werkzeug 100 mit einer ersten Werkzeughälfte 101 und einer zweiten Werkzeughälfte 102, die in bestimmten Be- triebszuständen des Spritzgusswerkzeuges 100 gegeneinander bewegbar sind. Dabei sind sowohl in der ersten Werkzeughälfte

101 als auch in der zweiten Werkzeughälfte 102 jeweils Sensoren 2, 3 vorgesehen, die typgleiche oder typverschiedene, d.h. nicht typgleiche Signale liefern können. Des weiteren ist ein Datenträger DT vorgesehen, der zum Beispiel Informa- tionen über den Prozessablauf beinhalten kann, z.B. eine Look-up-Tabelle, Referenzkurven oder Daten anderer Art, Informationen zur Art und Funktion des Werkzeugs 100, Daten oder Informationen zum oder über den Produktionsprozess und / oder Produktinformationen und vieles mehr.

Erfindungsgemäss ist ein Signalumformer 5 zum Beispiel in der zweiten Werkzeughälfte 101 der Spritzgusswerkzeugs 100 vorgesehen, dem sowohl die typverschiedenen Messsignale 21, 31 aus der ersten Werkzeughälfte 101, als auch die typverschiedenen Messsignale 21, 31 und die Signale des Datenträgers DT zu- führbar sind, so dass alle diese Signale durch den Signalumformer 5 in typgleiche Ausgabesignale 211, 311 umwandelbar sind und der Auswerteinheit 6 über die einzige Signalleitung 400 zuführbar sind. Das heisst, selbst bei einem mehrteiligen Werkzeug 100, das zum Beispiel mindestens eine erste Werk- zeughälfte 101 und eine zweite Werkzeughälfte 102 umfasst, ist durch die Erfindung zur Verbindung des Werkzeugs 100 mit der Auswerteeinheit 6 nur noch eine einzige Signalleitung 400 notwendig, über welche die unterschiedlichen, typverschiedenen ursprünglichen Messsignale 21, 31 der Sensoren 2, 3 in typgleicher Art übertragbar sind.

In Fig. 4 ist schliesslich als weiteres Ausführungsbeispiel eine Messanordnung mit einem thermisch und / oder elastisch entkoppelten Gehäuse 7 schematisch dargestellt. Diese spezielle Ausführungsform einer erfindungsgemässen Messanordnung 1 kann besonders dann sehr vorteilhaft eingesetzt werden, wenn es sich um ein Werkzeug 100 handelt, bei welchem im Be-

triebszustand sehr hohe Temperaturen entstehen, die für den Signalumformer 5 und / oder den Datenträger DT und / oder für andere mit der Messwertumformung oder Messwertübertragung vorgesehenen Komponenten zu schädlichen Wirkungen führen kön- nen.

Für einen solchen Fall ist ein separates Gehäuse 7 vorgesehen, in dem zum Beispiel der Datenträger DT und der Signalumformer 5 vorgesehen sind. Natürlich können im Gehäuse 5 ebenfalls Sensoren 2, 3 vorgesehen sein. Im Beispiel der Fig. 4 ist zusätzlich noch eine Multiplexeinrichtung 8, vorgesehen, die, wie dem Fachmann wohl bekannt ist, unter anderem ein Frequenzmultiplexer 8 oder ein Zeitmultiplexer 8 sein kann, so dass die vom Signalumformer 5 aus den Messsignalen 21, 31 umgeformten Ausgabesignale 211, 311 Zeit- oder Frequenz auf- bereitet über die Ausgabeschnittstelle 4 und die Signalleitung 400 über eine einzige Leitungsverbindung einer in Fig. 4 nicht dargestellten Auswerteeinheit zuführbar sind.

Dabei versteht es sich, dass der Signalumformer 5 die Messsignale 21, 31 nicht nur in elektrische Ausgabesignale 211, 311 umwandeln kann, sondern diese zum Beispiel auch in optische, akustische oder andere Ausgabesignale 211, 311 umformen kann und die Multiplexeinrichtung zum Beispiel auch eine akustische, optische oder andere Multiplexeinrichtung sein kann.

Wie bereits erwähnt, eignet sich das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Messanordnung 1 insbesondere dann, wenn im Werkzeug 100 selbst, das alle oder einen Teil der Sensoren 2, 3 umfasst, hohe Temperaturen herrschen und / oder starke mechanische Belastungen, zum Beispiel sehr starke Vibrationen auftreten. Zur Vermeidung von Schäden

am Signalumformer 5, und / oder dem Datenträger DT und / oder der Multiplexeinrichtung 8 und / oder anderer, insbesondere elektronischer aber auch mechanischer Komponenten, wie zum Beispiel der Ausgabeschnittstelle 4, sind die vorgenannten zu schützenden Komponenten in einem separaten Gehäuse 7 untergebracht, das über thermische und / oder mechanische Entkopplungsmittel 9 vom Werkzeug 100 entkoppelt ist.

Die thermischen Entkopplungsmittel 9 können dabei auf verschiedenste Weise ausgestaltet sein. Es kann sich zum Bei- spiel um gut oder schlecht wärmeleitende Elemente, wie starre oder flexible Durchführungen 9 oder Federelemente 9 aus Metall oder Kunststoff handeln. Es können wärmeleitende oder federnde Schichten, oder Verbundwerkstoffe zwischen Gehäuse 7 und einer Oberfläche des Werkzeugs 100 vorgesehen sein oder jede andere geeignete Massnahme, die eine ausreichende mechanische und / oder thermische Entkopplung gewährleistet.

Bezugszeichenliste

Stand der Technik

1' Messanordnung

100' Werkzeug, Spritzgiesswerkzeug 2' erster Sensor

21' erstes Messsignal 3' zweiter Sensor 31' zweites Messsignal 4' Ausgabeschnittstelle 400' Signalleitung

401' Abschirmmassnahme

DT' Datenträger

E' Energieverteiler

Erfindung

1 Messanordnung

100 Werkzeug

101 erste Werkzeughälfte

102 zweite Werkzeughälfte 2 erster Sensor

21 erstes Messsignal 211 Ausgabesignal

3 zweiter Sensor

31 zweites Messsignal 311 Ausgabesignal

4 Ausgabeschnittstelle 400 Signalleitung

401 Abschirmmassnahme

5 Signalumformer 6 Auswerteeinheit

7 Gehäuse

8 Multiplexeinrichtung

9 Entkopplungsmittel DT Datenträger G Erdungspotential