Sensormodul, Maschinen- oder Werkzeugelement und Werkzeugmaschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Sensormodul für eine Werkzeugmaschine, ein mit einem derartigen Sensormodul ausgeführtes Maschinen- oder Werkzeugelement und eine Werkzeugmaschine, die mit derartigen Maschinen- oder Werkzeugelementen ausgeführt ist.

Unter dem Begriff„Maschinen- oder Werkzeugelement“ wird im Folgenden in allgemeiner Form ein Werkzeugkörper oder ein Werkzeug zur Zerspanung mit geometrisch bestimmten und unbestimmten Schneiden und auch Walzen,

Tiefziehwerkzeuge oder Stanzwerkzeuge der Umformtechnik. Werkzeugaufnahmen für derartige Werkzeugelemente sowie Führungs- und Tragelemente von

Werkzeugmaschinen, wie Schlitten, verstanden, die derartige Werkzeugelemente tragen bzw. führen und die mit dem Werkzeugelement verstellt werden.

Eine gattungsgemäße Werkzeugaufnahme ist beispielsweise in den

Druckschriften WO 2017/068158 A1 und DE 10 2006 030 834 A1 beschrieben. Die dort offenbarten Werkzeugaufnahmen haben eine mechanische Schnittstelle, beispielsweise einen Flohlschaftkegel (FISK), der in an sich bekannter Weise in eine

Werkzeugmaschine eingesetzt wird. Werkzeugseitig ist die Werkzeugaufnahme mit einer Spannvorrichtung ausgeführt, in die ein Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise ein Fräser, ein Bohrer oder dergleichen eingesetzt werden kann. Zur Erfassung von während der Bearbeitung auftretenden Zuständen, wie beispielsweise eine die

Werkzeugaufnahme beaufschlagende Kraft, Beschleunigungen (Schwingungen) der Werkzeugaufnahme und die Temperatur, beispielsweise des Kühlschmiermittels, oder des Werkzeuges, können eingeschwungene Instabilitätszustände erfasst und dann entsprechend durch eine Adaptierung der Bearbeitungsparameter, wie beispielsweise Vorschub, Drehzahl korrigiert werden. Auf diese Weise lässt sich ein übermäßiger Krafteintrag am Werkzeug oder aber während der Bearbeitung auftretende Vibrationen minimieren. Der Nachteil der bestehenden Lösungen ist, dass die Sensoren in einer aufgelösten Bauweise spezifisch je nach Sensorart und Werkzeughalter in unterschiedliche Kanäle/Taschen der Werkzeugaufnahme - auch Werkzeughalter genannt - eingesetzt werden. So ist bei der in der WO 2017/068158 A1 ein

Hohlschaftkegel mit einer Sonderbauform erforderlich, in dem entsprechende

Hohlräume/Kanäle zur Aufnahme der Sensorik vorgesehen sein müssen. Eine derartige Bauweise erfordert einen erheblichen vorrichtungstechnischen und

fertigungstechnischen Aufwand zur Herstellung der Werkzeugaufnahme. Außerdem muss die Werkzeugaufnahme gegebenenfalls adaptiert werden. Ein weiterer Nachteil liegt in der anwendungsspezifisch gestalteten Ausführung der Messtechnik und

Sensorik - und damit für die Erfassung physikalischer Größen, welche stets eine ganz spezifisch ausgeführte Lösung für die jeweilige Anwendung in der Werkzeugaufnahme darstellt. Als weiteres Charakteristikum bzw. nachteiliger Gestaltung ist gemein, dass alle Lösungen von einem erfassten eingeschwungenen Zustand physikalischer Größen ausgehen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Sensorik und/oder die Werkzeug- und Maschinenelemente einer Werkzeugmaschine derart weiter zu bilden, dass Systemzustände mit geringem vorrichtungstechischen und

regelungstechnischen Aufwand erfassbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Sensormodul mit den Merkmalen des

Patentanspruches 1 sowie durch Werkzeug- oder Maschinenelemente gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 5, die mit einem derartigen Sensormodul ausgeführt sind und durch eine Werkzeugmaschine gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 21 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine nicht ortsfeste und insbesondere modulare messtechnische Lösung geschaffen, welche insbesondere in

Werkzeugelementen (z.B. Schleifscheibenkörpern, Kegelaufnahmen von

Zerspanungswerkzeugen, Stanzwerkzeugen) oder Vorrichtungen oder in eine mit einer Werkzeug-aufnahme versehene Werkzeugmaschineintegriert sind, so dass eine zuverlässige Erfassung von Betriebs- oder Systemzuständen in Echtzeit und damit bereits auf Basis transienter Übergänge von Systemzuständen mit geringem

vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht ist. Der modulare Aufbau ermöglicht durch die Gestaltung eines Einbaumoduls auch das Lösen von mehrkriteriellen

Fragestellungen. So kann durch die dieser Erfindung innewohnenden Flexibilität in der Gestaltung von Modulen ein Schwingungssensor in einem rotierenden Maschinenteil für die Anwendung günstig in der Drehachse positioniert werden und der Kühlmittelstrom um diese Position konstruktiv umgeleitet werden. Die daraus resultierenden komplexen geometrischen Formen der Sensormodule werden unter Nutzung der Technologien der additiven Fertigung hergestellt und in das jeweilige Gesamtsystem, Vorrichtung, Werkzeug körper bzw. -aufnahme, das standardisierte Sensormodul eingesetzt.

Wie vorstehend ausgeführt, können die Sensormodule prinzipiell bei beweglichen Maschinenteilen-/-elementen wie Schlitten oder Vorrichtungen, oder aber auch in Werkzeug körpern von Werkzeugen für die Zerspanung mit geometrisch bestimmten und unbestimmten Schneiden eingesetzt werden. Des Weiteren umfasst der Einsatz der Sensormodule auch Werkzeuge der Umformtechnik, wie Gesenke, Stanzwerkzeuge oder Walzen, in die derartige Sensormodule eingesetzt werden können, um

Systemzustände zu erfassen.

Das erfindungsgemäße Sensormodul hat eine Sensorik, beispielsweise bestehend aus modularen Sensoren zur Erfassung von bei einer Bearbeitung auftretenden

Systemzuständen, deren Messsignale über eine Datenübertragungseinrichtung an eine Auswerteeinheit übertragen werden. Erfindungsgemäß ist somit die Sensorik als bauliche Einheit in ein, vorzugsweise patronenförmiges, Sensormodul, auch als „Patrone“ bezeichnet, integriert, die in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung einer Werkzeugaufnahme oder eines sonstigen Werkzeug- oder Maschinenelementes eingesetzt ist. Erfindungsgemäß kann dieses Sensormodul auf einem

Vorschubschlitten, einer Vorrichtung, einem Umformwerkzeug oder einer Schleifscheibe eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, die Sensorik, das heißt zumindest die zur Erfassung der Betriebszustände erforderlichen Sensoren in einem Modul oder zumindest als bauliche Einheit auszubilden und diese zentral in eine entsprechende Ausnehmung eines erfindungsgemäßen Werkzeug- oder Maschinenelementes - vorzugsweise auswechselbar - einzusetzen.

Diese Bauweise ermöglicht es, die Sensorik mit dem Sensormodul

vorzumontieren, zu testen und anschließend in die Werkzeugaufnahme oder in die oben genannten Subsysteme einer Bearbeitungsmaschine einzusetzen, so dass der vorrichtungstechnische und fertigungstechnische Aufwand gegenüber den eingangs geschilderten Lösungen deutlich verringert ist. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht es des Weiteren, je nach Fertigungsaufgabe die Werkzeug- oder

Maschinenelemente mit unterschiedlichen Sensormodulen auszustatten, so dass jeweils eine im Hinblick auf das verwendete Werkzeug und die verwendeten

Fertigungsparameter optimierte Signalerfassung und damit einhergehende

Prozessteuerung gewährleistet ist. Dies betrifft insbesondere die Wahl der Sensorik hinsichtlich der Erfassung unterschiedlicher physikalischer Größen bzw. der Auflösung und Empfindlichkeit dieser Sensoren.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist, wie oben erwähnt, eine mechanische

Schnittstelle einer Werkzeugaufnahme mit einem Spannkegel, beispielsweise einem HSK ausgeführt, an dem zur werkzeugseitigen Spannvorrichtung hinweisend ein Sensorschaft angesetzt ist, in dem die Ausnehmung für das Sensormodul ausgebildet ist. Weder maschinenseitige noch werkstückseitige Schnittstellen müssen durch diese Ausnehmung konstruktiv verändert werden, sollte ein Sensormodul eingesetzt oder im Sinne der angedachten Flexibilität ausgetauscht werden. Derartige Ausnehmungen (auch Taschen, Aufnahmen, Kammern oder dergleichen genannt) können

selbstverständlich auch an den oben genannten sonstigen Werkzeug- und

Maschinenelementen vorgesehen werden, um Sensormodule aufzunehmen. Prinzipiell ist es auch möglich, mehrere derartiger Ausnehmungen vorzusehen, die je nach Bedarf mit einem oder mehreren Sensormodulen versehen werden.

Das einzusetzende Sensormodul kann zusätzlich zur Sensorik, die beispielsweise zur Erfassung der Krafteinleitung, der Temperatur und der Beschleunigung

(Schwingungen) vorgesehen ist auch die zur Signalverarbeitung erforderliche Sensorelektronik und/oder eine Übertragungseinrichtung, beispielsweise ein Funkmodul und/oder eine Energieversorgung, wie beispielsweise einen Akkumulator aufnehmen.

Bei einer alternativen Lösung sind die Energieversorgung und/oder die

Signalübertragungseinrichtung und/oder die Sensorelektronik in umfangseitige

Taschen/Aufnahmen eingesetzt, während die übrigen Komponenten, wie beispielsweise die Sensorik in das erfindungsgemäße Sensormodul integriert sind.

Die Positionierung dieser Komponenten in den Taschen/Aufnahmen ist optimiert, wenn diese mit einer, beispielsweise T-Nut- oder schwalbenschwanzförmigen,

Hinterschneidung ausgebildet sind, durch die die jeweilige Komponente

(Energieversorgung, Sensorelektronik, Signalübertragungseinrichtung, ein sonstiger Sensor) vorzugsweise in Radialrichtung, lagefixiert ist. Eine derartige Hinterschneidung kann beispielsweise mittels eines T-Nut-Fräsers ausgebildet werden.

Bei einem Werkzeugelement kann diese mit einer Hinterschneidung ausgeführte Tasche sich bis in den Bereich eines Greiferrillen-Flansches erstrecken, an dem eine Greiferrille ausgebildet ist.

Die Herstellung der Hinterschneidung ist besonders einfach, wenn ein derartiger Flansch als gesondertes Bauteil nach dem Ausbilden der Tasche auf einen

Grundkörper des Maschinen- oder Werkzeugelementes aufgesetzt wird und dabei die Tasche abschnittsweise überdeckt.

Zur Vereinfachung der Montage des Sensormoduls kann ein Grundkörper der Werkzeugaufnahme in zwei oder mehr Grundkörperteile geteilt sein, die nach dem Ein- oder Ansetzen des Sensormoduls oder zugehöriger Bauelemente zum Grundkörper verbunden werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Teilung im Bereich einer Greiferrille. Die Befestigung des Flansches an dem Grundkörper oder das Verbinden der Grundkörperteile kann beispielweise durch Aufschrumpfen, Löten, Schweißen oder in sonstiger Weise erfolgen.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Sensormodul koaxial zur Achse des Werkzeug- oder Maschinenelementes, beispielsweise der Werkzeugaufnahme bzw. einer Werkzeugspindel angeordnet, so dass die Unwucht minimiert ist und des Weiteren das Einsetzen des Sensormoduls vereinfacht ist. Diese Anordnung ist insbesondere günstig, zumal beispielsweise Beschleunigungssignale nicht durch Fliehkräfte in hohem Maße überlagert werden.

In den meisten Fällen ist eine Werkzeugaufnahme mit einer

Kühlschmiermittelversorgung (KSM) ausgeführt. Erfindungsgemäß kann sich bei dieser modularen Lösung zumindest ein Teil des KSM-Strömungspfades durch das

Sensormodul hindurch erstrecken. Hier ist im Sinne der oben erwähnten

Unwuchterscheinung eine symmetrische Gestaltung möglich.

Dabei kann beispielsweise die Sensorik zumindest teilweise axial mit Bezug zur Achse der Werkzeugaufnahme ausgerichtet sein, so dass ein Kanal zur Führung des KSM die Sensorik außermittig umlaufend ausgeführt ist. Dabei kann der Kanal, für die symmetrische Anordnung wären es zwei gegenüberliegende, beispielsweise

bogenförmig oder mit einer Doppel-S-Form ausgeführt sein.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept kann die Ausnehmung für das

Sensormodul in Axialrichtung oder in Radialrichtung orientiert im Maschinen- oder Werkzeugelement ausgeführt sein. Dementsprechend wird dann das Sensormodul in Axialrichtung bzw. in Radialrichtung in die Ausnehmung eingesetzt.

Die Lagenpositionierung des Sensormoduls mit Bezug zur Ausnehmung ist vereinfacht, wenn dieses mit einer entsprechenden Indexierung ausgeführt ist. Das Sensormodul kann kraft- oder formschlüssig in der Ausnehmung aufgenommen sein. So lässt sich beispielsweise das Sensormodul per Presspassung einsetzen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen das

Maschinen- oder Werkzeugelement, beispielsweise die Werkzeugaufnahme oder den Werkzeugkörper oder das Werkzeug, zumindest abschnittsweise in dem Bereich, der das Sensormodul aufnimmt, nach einem generativen Fertigungsverfahren herzustellen.

Bei einem derartigen generativen Verfahren wird das zu fertigende Bauteil schichtweise aus formlosen oder formneutralen Material - beispielsweise Sintermaterial - unter Ausnutzug physikalischer und / oder chemischer Effekte aufgebaut. Bei einem SLM-Verfahren (Selective Laser Melting) wird beispielsweise Metallpulver schichtweise aufgetragen und die Schicht mittels eines Lasers aufgeschmolzen und mit den darunter liegenden Schichten verschmolzen, so dass sich auch komplexe Geometrien mit innen oder außen liegenden Verschneidungen ausbilden lassen.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Herstellung des Maschinen- oder Werkzeugelementes durch eine Art Hybridbearbeitung, wobei zumindest ein Teilbereich konventionell, beispielsweise durch spanende Bearbeitung gefertigt werden und dann auf diesem konventionell gefertigten Teilbereich nach einem generativen Verfahren, beispielsweise mittels der 3D-Drucktechnik oder des oben genannten SLM-Verfahrens eine das Sensormodul zumindest teilweise aufnehmende Innen- oder Außenstruktur ausgebildet wird.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist mit dem vorbeschriebenen

Sensormodul bzw. einem erfindungsgemäßen Werkzeug- oder Maschinenelementen ausgerüstet. Die Werkzeugmaschine hat des Weiteren eine Datenerfassungs- und Auswerteeinheit, über die die Messsignale der Sensorik in Echtzeit verarbeitbar sind und über die Steuersignale - vorzugsweise über eine echtzeitfähige Verbindung - an eine Werkzeugmaschinensteuerung zur Regelung von Prozessparametern übertragen werden. Die Anmelderin behält es sich vor, auf die Anordnung der Sensorik in einer sich in Radialrichtung erstreckenden Ausnehmung einen eigenen unabhängigen Anspruch zu richten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme in einer Seitenansicht;

Figur 2 eine geschnittene Explosionsdarstellung der Werkzeugaufnahme gemäß Figur 1 ;

Figuren 3a, 3b Varianten eines in Figur 2 dargestellten Sensormoduls zur

Aufnahme einer Sensorik;

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Werkzeugmaschine;

Figur 5 eine schematische Darstellung eines Steuerungs-/Regelungskonzepts einer mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme ausgeführten

Werkzeugmaschine;

Figur 6 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4, wobei eine Tasche mit einer Flinterschneidung ausgeführt ist;

Figuren 7a, 7b ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Greiferrillen-Flansch als gesondertes Bauteil ausgeführt ist, das auf einen Grundkörper des Maschinen- oder Werkzeugelementes aufgesetzt wird;

Figuren 8a, 8b eine dreidimensionale Darstellung des Greiferrillen-Flansches und des Grundkörpers gemäß Figur 7;

Figuren 9a, 9b eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 7 und

8; Figuren 10a, 10b eine dreidimensionale Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 9 und

Figur 1 1 eine Variante einer Werkzeugaufnahme mit geteiltem Grundkörper.

Im Folgenden wird beispielhaft eine Werkzeugaufnahme 1 beschrieben, die für den Einsatz in einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist. Prinzipiell können derartige Werkzeugaufnahmen jedoch auch an beliebigen Bearbeitungsmaschinen der

Zerspanung und der Umformtechnik vorgesehen sein, um dort Prozessparameter wie Kräfte, Beschleunigungen, Temperaturen etc. aufzunehmen. Es sei neben der

Zerspanung als ein weiteres Beispiel die Erfassung des Scherschlags bei der

Stanzbearbeitung genannt, indem das Sensormodul in dieser Anwendung am

Schneidwerkzeug appliziert werden kann.

Wie vorstehend ausgeführt, können auch sonstige Werkzeug- oder

Maschinenelemente mit einem oder mehreren der im Folgenden beschriebenen

Sensormodule ausgeführt sein.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer derartigen Werkzeugaufnahme 1 , diese hat als mechanische Schnittstelle zur Werkzeugmaschine einen an einem Grundkörper 3 ausgebildeten Flohlschaftkegel (FISK) 2, der in an sich bekannter Weise zwei Mitnehmernuten 4, 6 am eigentlichen Kegel 8, eine an einem Greiferrillen-Flansch 10 ausgeführte Greiferrille 12 sowie eine nicht dargestellte Indexiernut zur

Vereinfachung eines automatischen Werkzeugwechsels aufweist. Der Aufbau derartiger HSK-/Adapter ist bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. Am

Grundkörper 3 ist benachbart zu dem FISK 2 ein Sensorschaft 16 angesetzt, der die anhand der Figuren 2 und 3 näher erläuterte Sensorik aufnimmt. Die Messsignale dieser Sensorik werden bei der in Figur 1 dargestellten Ausführung über eine Antenne 18 und ein nicht dargestelltes Funkmodul oder eine sonstige

Datenübertragungseinrichtung an eine werkzeugmaschinenseitige Auswerteeinheit übertragen. Diese Antenne 18 kann- wie in Figur 1 dargestellt - an der Peripherie im Bereich des Sensorschafts 16, und/oder des Bunds 10, und/oder der Greiferrille 12 angeordnet sein. io

In der Darstellung gemäß Figur 1 links von dem Sensorschaft 16 ist am

Grundkörper 3 eine Spannvorrichtung 20 ausgebildet, über die in an sich bekannter Weise ein gestrichelt angedeutetes Werkzeug 22 gespannt wird.

Figur 2 zeigt eine geschnittene Explosionsdarstellung der Werkzeugaufnahme 1 gemäß Figur 1 , wobei die Spannmittel der Spannvorrichtung 20, und die eigentliche Kühl-/Schmiermittelversorgung nicht im Detail dargestellt sind.

Der vorstehend beschriebene FISK 2, der Sensorschaft 16 und die

Spannvorrichtung 20 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig

ausgebildet. Selbstverständlich ist auch eine modulare Bauweise möglich, bei der die einzelnen Komponenten über geeignete Verbindungsmittel miteinander verbunden sind.

An einen Flohlraum des kegelförmig ausgebildeten Flohlschaft 24 des HSK 2 schließt sich im Bereich des Sensorschaftes 16 eine etwa zylindrische Ausnehmung 26 an, die ihrerseits in einen spannvorrichtungsseitigen Spannkegel 28 übergeht. In die etwa zylindrische Ausnehmung 26 wird ein in Figur 2 rechts dargestellte Patrone, das Sensormodul 30, eingesetzt und kraft- oder formschlüssig festgelegt. Dabei kann das Sensormodul 30 beispielsweise über eine Presspassung in der Ausnehmung 26 gehalten werden. Zur Lagepositionierung kann das Sensormodul 30 mit einem

Indexvorsprung 32 versehen sein, der passgenau in eine entsprechende

Indexfreistellung der Ausnehmung 26 eingreift. Selbstverständlich kann der Vorsprung auch ausnehmungsseitig vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß ist in dem Sensormodul 30 eine Sensorik 34 aufgenommen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Sensorik 34 oder zumindest einer der Sensoren in etwa koaxial zur Achse 36 der Werkzeugaufnahme 1 angeordnet. Auch das in etwa zylinderförmige Sensormodul 30 ist koaxial zur Achse 36 angeordnet. Wie in Figur 2 dargestellt, erfolgt das Einsetzen des Sensormoduls 30 durch den Hohlraum des HSK 2. Im Übergangsbereich zu diesem ist in dem Sensormodul 30 ein Anschluss 38 ausgebildet, der in Fluidverbindung mit einem Kühlschmiermittel (KSM) führenden Rohr 40 bringbar ist. Dieses Kühlschmiermittel wird bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel über einen sich bogenförmig verzweigenden Kanal 42 innerhalb des Sensormoduls 30 um die Sensorik 34 herumgeführt und mündet dann in einem Ausgangsanschluss 44 im Bereich der Spannvorrichtung, so dass das gespannte Werkzeug 22 mit Kühlschmiermittel versorgt wird. Wie oben beschrieben, ist eine günstige Gestaltung symmetrisch ausgeführt, bei der die Sensorik von zwei Kanälen umgeben ist.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält das Sensormodul 30 neben der eigentlichen Sensorik 34, d. h., beispielsweise einem

Beschleunigungssensor, einem Temperatursensor und/oder einem

Dehnungsmessstreifen oder einem sonstigen Sensor zur Erfassung eines Krafteintrags die zugehörige Sensorelektronik, die in Signalverbindung mit der in Figur 1 sichtbaren Antenne 18 steht. In das Sensormodul 30 kann auch eine Energieversorgung, beispielsweise ein Akkumulatorpaket integriert sein. D. h., abgesehen von der Antenne 18 sind bei diesem Ausführungsbeispiel alle zur Signalerfassung und Signalübertragung zur Antenne 18 erforderlichen Baugruppen in dem Sensormodul 30 integriert, so dass beispielsweise durch Auswechseln des Sensormoduls 30 eine für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang optimierte Sensorik bei unveränderter Werkzeugaufnahme 1 verwendet werden kann.

Figur 3a zeigt eine Variante des Sensormoduls 30 gemäß Figur 2. Ähnlich wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die eigentliche Sensorik 34 mit einem beispielsweise im Bereich der Achse 36 (Figur 2) angeordneten

Beschleunigungssensor ausgeführt. Der Kanal 42 zur Durchführung des KSM ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht verzweigt, sondern U- oder doppel-S-förmig ausgeführt, so dass die Sensorik 34 vom Kanal 42 umgangen wird. Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt dieser eine Fluidverbindung zwischen dem Anschluss 38 und einem Ausgangsanschluss 44 her. In das Sensormodul 30 integriert ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel des Weiteren eine Energieversorgung, die beispielsweise durch ein Akkumulatorpaket 48 ausgebildet ist. Nicht dargestellt in Figur 3a ist die eigentliche Sensorelektronik, die ebenfalls in das Sensormodul 30 integriert ist. Diese Sensorelektronik 50 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3b sichtbar. Demgemäß ist diese Sensorelektronik 50 durch eine Platine mit der zugehörigen Schaltung ausgebildet. Diese Sensorelektronik 50 umfasst alle

Komponenten zur Datenvorverarbeitung, Datenübertragung und Steuerung der

Energieversorgung. In Figur 3b sind beispielhaft Anschlusspins 52 für die Antenne 18 ausgebildet, über die die von der Sensorik erfassten Messsignale an eine im Folgenden beschriebene Auswerteeinheit abgegeben werden.

Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel demjenigen aus Figur 3a, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.

Figur 4 zeigt eine Variante einer Werkzeugaufnahme 1 , bei der die Ausnehmung 26 im Sensorschaft 16 nicht in Axialrichtung, sondern in Radialrichtung orientiert ist.

D. h., bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Sensormodul 30 oder die Sensorik in Radialrichtung in den Sensorschaft 16 eingesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Integration der Bauelemente in das Sensormodul 30 dahingehend minimalisiert, dass in die radiale Ausnehmung 26 im Wesentlichen nur die Sensorik eingesetzt wird. Die sonstigen Baugruppen, wie beispielsweise die vorbeschriebene Sensorelektronik, die Antenne/Übertragungseinrichtung und/oder die Energieversorgung (Akkupack 48) sind am Umfang des Sensorschafts 16 angeordnet. Flierzu können beispielsweise umfangseitig Taschen 54, 56 vorgesehen sein, in die die jeweiligen Komponenten eingesetzt werden. Zur Vermeidung von Unwuchten kann es auch vorteilhaft sein, die Energieversorgung, beispielsweise das Akkumulatorpaket axial anzuordnen. Die Energieversorgung kann einerseits über das Akkumulatorpaket und/oder aber auch über ein Magnetfeld (Induktion) oder dergleichen erfolgen.

Der Aufbau des FISK 2 und der Spannvorrichtung 20 entspricht dem

vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.

Figur 5 zeigt ein Blockschaubild der Steuerungs-Regelungsanordnung einer Werkzeugmaschine oder einer sonstigen Bearbeitungsmaschine, die mit der erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme 1 ausgeführt ist. Wie vorstehend ausgeführt, erfolgt die Signalübertragung der von der sensorischen Werkzeugaufnahme 1 aufgenommenen, vorverarbeiteten Messsignale vorzugsweise per Funk über einen Sender und die Antenne 18. Werkzeugmaschinenseitig ist ein Empfänger (Transceiver) 58 zum Empfang der per Funk übertragenen Daten vorgesehen. Die

Regelungsanordnung ermöglicht eine ad-hoc-Reaktion auf noch nicht

eingeschwungene Instabilitätszustände. Dies wird durch eine Echtzeit-Adaptierung von Bearbeitungsparametern, wie beispielsweise Vorschub, Drehzahl usw. umgesetzt, wobei diese Adaptierung in Abhängigkeit von den Prozesszuständen, wie

beispielsweise der Vibration oder dem Krafteintrag am Werkzeug umgesetzt wird. Diese Prozesszustände werden über die erfindungsgemäße sensorische Werkzeugaufnahme 1 erfasst und an die Regelungsanordnung übertragen. Diese besteht im Wesentlichen aus einer Datenerfassungs- und Auswerteeinheit 60, über die - wie vorstehend ausgeführt - die Prozessstabilität beurteilt und ggf. Bearbeitungsparameter verändert werden, sofern diese Prozessstabilität nicht der Vorgabe entspricht. Der Empfänger 58 (Transceiver) ist dabei über einen Echtzeitkanal 70 mit dieser Datenerfassungs- und Auswerteeinheit 60 verbunden. Eine Konfiguration der Auswerteeinheit 60 erfolgt über eine Konfigurationsverbindung 62. Die Adaption der Bearbeitungsparameter erfolgt dabei auf der Basis der erfassten Prozesszustände, die durch die Auswerteeinheit beurteilt werden. Es können jedoch andere maschineninterne Messdaten sowie Daten einer zusätzlichen externen Sensorik oder Daten aus einer Prozess-Datenbank 68 in die Auswerteeinheit 60 eingehen.

Die Auswerteeinheit 60 erhält Messdaten des bewegten Sensormoduls, hier der rotierenden sensorischen Werkzeugaufnahme 1 , legt diese in einem Pufferspeicher ab und arbeitet zeitnah verschiedene Algorithmen für die Erfassung von Prozesszuständen ab. Sie bildet auch die Schnittstelle zu der genannten Prozessdatenbank. Die verwendeten Algorithmen sind so ausgelegt, dass festgelegt wird, unter welchen Bedingungen ein Eingriff in die NC-Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgt. Ein Teil der Algorithmen ermittelt aus den Messdaten der Werkzeugaufnahme 1

Prozesszustände. Ein anderer Teil der Algorithmen verknüpft diese Prozesszustände mit Bearbeitungsparametern, wie beispielsweise Materialparametern,

Benutzereingaben und/oder Prozessdatenbankwerten, um zu entscheiden, ob ein Eingriff zu erfolgen hat. Ein weiterer Teil der Algorithmen adaptiert die Bearbeitungsparameter auf der Basis dieser Daten. Die Prozesszustände beziehen sich dabei vorzugsweise auf die aktuell in Echtzeit gemessenen Daten und nicht auf gesammelte Daten aus anderen Fertigungsläufen. Zusätzlich kann auch unter

Verwendung des Ansatzes von Softsensoren aus den Messdaten der

Werkzeugaufnahme 1 ein Rückschluss auf sekundäre Prozess- Resultate wie die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks erfolgen.

Die Konfiguration des Systems erfolgt über eine nicht zwingend-echtzeitfähige Verbindung, beispielsweise über eine OPC UA-Anwendung und/oder über die

Werkzeugmaschinensteuerung beispielsweise mittels M-Befehlen. Die Algorithmen können dabei je nach Bearbeitungsschritt (beispielsweise Schruppen, Schlichten, Feinschlichten) und unterschiedlichen Bauteil-Materialien ausgewählt werden. Es können auf diese Weise auch Eingriffsparameter verändert werden. Zusätzlich kann bei Anwendung von mehreren Auswerteeinheiten die Verknüpfung der einzelnen Sensoren zu den entsprechenden Algorithmen und den resultierenden Prozessparametern bestimmt werden.

Über einen Echtzeitkanal 70 ist die Auswerteeinheit 60 mit der

Werkzeugmaschinensteuerung 66 gekoppelt. Dadurch wird eine ad-hoc-Verstellung von Maschinenvorschub und/oder Maschinendrehzahl während der Bearbeitung ermöglicht. Typische Anwendungen sind die Vermeidung und/oder Erkennung von Prozessfehlern, Prozessinstabilitäten, Werkzeugbrüchen und so weiter. Auch ein vorzeitiger Verschleiß des Werkzeugs ist erkennbar - im letztgenannten Fall wird ein Signal zum

Werkzeugwechsel generiert. Beim Auftreten einer Prozessinstabilität oder dergleichen werden als Reaktion die Bearbeitungsparameter über die

Werkzeugmaschinensteuerung 66 verändert. Zusätzlich können auch Maschinendaten an die Auswerteeinheit 60 übergeben werden, um diese für Analysen heranzuziehen.

Über die Prozessdatenbank 68 erfolgt eine gemeinsame Dokumentation von Prozesssignalen der Werkzeugaufnahme 1 mit NC-Sätzen, maschineninternen

Messdaten sowie Messdaten zusätzlicher externer Sensorik und eröffnet somit die Möglichkeit, eine Vielzahl von für die Maschinensteuerung wesentlichen Daten zu sammeln und zu verwerten. Diese Datensätze ermöglichen es, komplexe Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Fertigungsresultaten zu berechnen und zu analysieren, so dass es auf der Basis einer solchen Prozessdatenbank 68 möglich ist, NC-Programme hinsichtlich der Prozessstabilität zu optimieren.

Der Grundaufbau der in Figur 6 dargestellten Werkzeugaufnahme 1 entspricht weitestgehend den in den Figuren 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich wesentliche Komponenten erläutert werden und im Übrigen auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann.

Demgemäß hat die Werkzeugaufnahme 1 gemäß Figur 6 eine Spannvorrichtung 20, die mit einem inneren Spannkegel 28 ausgeführt ist. An die Spannvorrichtung 20 schließt sich nach rechts hin ein Sensorschaft 16 an, an dem - ähnlich wie beim

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 - eine beispielsweise in Radialrichtung orientierte Ausnehmung 26 für das vorstehend beschriebene Sensormodul 30 ausgeführt ist. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Ausnehmung 26 zur Aufnahme des Sensormoduls 30 in zwei radial außen liegenden Taschen 54, 56, in die eine Energieversorgung oder eine Übertragungseinrichtung oder eine Sensorelektronik oder eine Antenne oder dergleichen eingesetzt werden kann.

An den Sensorschaft 16 schließt sich ein an sich bekannter FISK 2 an, wobei im Übergangsbereich der Greiferrillen-Flansch 10 mit der Greiferrille 12 vorgesehen ist.

Im Unterschied zu dem anhand Figur 4 erläuterten Ausführungsbeispiel endet die Tasche 54 nicht an dem Greiferrillen-Flansch 10, sondern erstreckt sich gemäß Figur 6 in den Bereich hinein, der vom Außenumfang des Greiferrillen-Flansches 10 umgriffen ist. Insbesondere in diesem Bereich wird eine Hinterschneidung 72 ausgebildet, die zur Lagefixierung der in diese Tasche 54 einzusetzenden Komponente beiträgt. Die

Hinterschneidung 72 kann beispielsweise mittels eines T-Nut-Fräsers ausgebildet werden. Die sich tief unter die Greiferrille 12 erstreckende Tasche 54 ermöglicht es, eine Vielzahl der gängigen Bauformen mit der Sensorelektronik oder sonstigen

Komponenten auszustatten. Zur Herstellung der Hinterschneidung 72 kann

beispielsweise die Greiferrille 12 in dem mit dem Bezugszeichen 74 gekennzeichneten Bereich ausgefräst werden, so dass dann die Nut mittels des T-Nut-Fräsers ausgebildet werden kann. Durch diese Hinterschneidung 72 wird eine sehr einfache geometrische Integrationslösung zur Lagepositionierung/-fixierung der außen liegenden Komponenten des Sensormoduls geschaffen.

Die Figuren 7a, 7b zeigen eine Ausführungsform, bei der die Ausbildung der Hinterschneidung 72 für die Tasche 54 vereinfacht ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7a, 7b sind die

Spannvorrichtung 20 mit dem Spannkegel 28, der Sensorschaft 16 und der HSK 2 durch den Grundkörper 3 gebildet. Der Greiferrillen-Flansch 10 mit der Greiferrille 12 ist als gesondertes Bauteil ausgeführt, das dann nach dem Fräsen der Tasche 54 mit der Hinterschneidung 72 auf diesen Grundkörper 3 aufgesetzt, beispielsweise

aufgeschrumpft wird, wobei die Axialposition durch Relativpositionierung einer

Stirnfläche 78 zu einer Anlageschulter 80 vorgegeben ist. In dem aufgesetzten Zustand überdeckt der Greiferrillen-Flansch 10 zumindest abschnittsweise die Hinterschneidung 72 der Tasche 54. Diese geteilte Bauform mit einem Grundkörper 3 und einem

Greiferrillen-Flansch 10 bietet umfassende Möglichkeiten der Taschengestaltung und damit der Elektronik-Integration. Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7b kann im Bereich der Greiferrille 12 ein ausgefräster Bereich 74 vorgesehen sein, der in der Hinterschneidung 72 mündet.

Die Figuren 8a, 8b zeigen dreidimensionale Darstellungen des Grundkörpers 76 und des Flansches 10. Man sieht in dieser Darstellung deutlich den ausgefrästen Bereich 74, der die Greiferrille 12 praktisch unterbricht und der sich bis in die Tasche 54 mit der dort ausgebildeten T-Nut-förmigen Hinterschneidung 72 erstreckt. Wie in der Darstellung gemäß Figur 8a erkennbar, erstreckt sich die Tasche 54 bis in den Bereich der radialen Ausnehmung 26, in die das eigentliche Sensormodul 30 eingesetzt ist. Die Breite der Tasche 54 ist dabei etwas größer als diejenige der Ausnehmung 26, so dass sich eine Auflagefläche 82 bildet, auf die die Komponente, beispielsweise die

Sensorelektronik, aufgesetzt werden kann. An der Auflagefläche 82 sind

Befestigungsausnehmungen 84, beispielsweise Gewindebohrungen oder dergleichen, zur Fixierung der Sensorelektronik oder zur Durchleitung von Signalleitungen

vorgesehen. Die Tasche ist im Anschluss an die abschnittsweise ausgebildete, T-Nut- förmige Hinterschneidung 72 verbreitert. Die Befestigungsausnehmungen 84 sind in diesem Bereich ausgebildet, der auch das Einsetzen der Elektronikkomponente in die Hinterschneidung 72 vereinfacht.

Die in Figur 8a zum HSK 2 weisende Stirnseite der Tasche 54 ist verrundet. Der ausgefräste Bereich 74 hat eine entsprechend verrundete Innenstirnfläche.

Die Figuren 9a, 9b und 10a, 10b zeigen eine Variante des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels. Dabei ist am Grundkörper 3 ein etwa ringförmig umlaufender Anschlagbund 85 ausgeformt, der als Anlagefläche für die in Figur 9b linke Stirnfläche 86 des Flansches 10 ausgebildet ist, so dass dieser in Axialrichtung zuverlässig lagefixiert ist.

Figuren 10a, 10b zeigen wiederum dreidimensionale Darstellungen des

Grundkörpers 3 und des Flansches 10. Wie dieser Darstellung entnehmbar ist, wird der Anschlagbund 85 durch den Mündungsbereich der Tasche 54 unterbrochen und umgreift im Übrigen den Grundkörper 3, genauer gesagt den Sensorschaft 16.

Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 9a, 9b und 10a, 10b dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass weitere

Erläuterungen entbehrlich sind.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 6 bis 10 mündet - wie erläutert - die Aufnahme 26 für das Sensormodul 30 in den oder der Tasche(n) 54, 56. Prinzipiell kann natürlich auch die Tasche 56 oder sonstige Taschen mit einer

Hinterschneidung zur Lagefixierung einer Elektronikkomponente oder dergleichen ausgeführt sein. Anstelle der beschriebenen T-Nut-Hinterschneidung können

selbstverständlich auch andere Hinterschneidungsformen, beispielsweise eine schwalbenschwanzförmige Hinterschneidung oder dergleichen ausgebildet werden.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 6 ist der Grundkörper 3 der Werkzeugaufnahme monolithisch als Einzelteil ausgeführt. Anhand der Figuren 7 bis 10 werden Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen der Greiferrillen-Flansch 10 mit der Greiferrille 12 als gesondertes Bauteil ausgeführt ist und dann mit dem eigentlichen Grundkörper 3 verbunden wird.

Figur 1 1 zeigt eine Variante, bei der der Grundkörper 3 in zwei Grundkörperteile 88, 90 geteilt ist, die sich zum Grundkörper 3 ergänzen. An dem in Figur 1 1 oben liegenden Grundkörperteil 88 ist der Greiferrillen-Flansch 10 ausgebildet, in dessen Bereich eine Innenumfangsfläche des Grundkörperteils 88 zu einer Aufnahme 92 erweitert, in die ein Axialvorsprung 94 des in Figur 1 1 unten liegenden Grundkörperteils 88 eintaucht. Dieser Axialvorsprung 94 hat eine Radialschulter 96, auf der eine

Ringstirnfläche 98 des Greiferrillen-Flanschs 10 beziehungsweise des Grundkörperteils 88 aufsitzt, so dass beide Grundkörperteile 88, 90 sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung zueinander lagepositioniert sind.

Vor der Montage des Sensormoduls 30 mit der eigentlichen Sensorik 34 ist der Grundkörper 3 geteilt, so dass diese Bauelemente auf einfache Weise in das axial offene Grundkörperteil 90 eingesetzt werden können. Nach der Montage wird dann das obere Grundkörperteil 88 aufgesetzt und mit dem unteren Grundkörperteil 90

verbunden.

Dieses Verbinden kann beispielsweise durch Aufschrumpfen erfolgen, wobei das unten liegende Grundkörperteil 90 beispielsweise mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird und/oder durch eine stoffschlüssiges Verfahren, beispielsweise durch Verschweißen mittels Laser oder Elektronenstrahl verbunden werden.

Anstelle der vorbeschriebenen gestuften Trennflächenverlaufs zwischen den beiden Grundkörperteilen 88, 90 kann selbstverständlich auch ein anderer Verlauf verwendet werden. Bei komplexen Lösungen kann der Grundkörper 3 auch in mehr als zwei Teile geteilt werden, um die Montage des Sensormoduls 30 in der Ausnehmung 26 zu vereinfachen. Prinzipiell ist es auch möglich, durch die Teilung des Grundkörpers 3 die Kanäle zur Führung des KSM auf einfache Weise auszubilden, indem in der Trennebene beidseitig jeweils ein Teil der Kanalstruktur ausgebildet wird, so dass dann beim vorbeschriebenen Zusammenfügen der Grundkörperteile 88, 90 auch komplexe Kanalverläufe ausgebildet werden können. Selbstverständlich kann die vorbeschriebene Teilung des Grundkörpers 3 auch bei den eingangs erläuterten Ausführungsbeispielen realisiert sein. Wie eingangs erläutert, kann der Grundkörper 3 des Maschinen- oder

Werkzeugelementes oder ein sonstiges Bauelement zur Aufnahme des Sensormoduls 30 zumindest abschnittsweise nach einem generativen Verfahren, beispielsweise durch Lasersintern oder durch 3D-Drucktechnik ausgebildet werden. Bei der

vorbeschriebenen Werkzeugaufnahme kann beispielsweise der Kegelteil mit dem HSK sowie dem mit der Greiferrille 12 ausgebildeten Bund 10 konventionell gefertigt werden. Auf diesen Rohling wird dann mittels des generativen Verfahrens die komplexe Struktur zur Aufnahme des Sensormoduls 30 aufgebaut.

Prinzipiell ist es auch möglich, die gesamte Werkzeugaufnahme 1 mit dem

Grundkörper 3, dem Kegel 8, dem daran ausgeführten Bund 10 und der Greiferrille 12 nach einem generativen Fertigungsverfahren auszubilden.

Offenbart sind Sensormodule für z.B. eine Werkzeugaufnahme, bei der die

Sensorik als bauliche Einheit integriert ist und mit derartigen Sensormodulen

ausgeführte Werkzeug- oder Maschinenelemente sowie eine Bearbeitungs- L/Verkzeugmaschine mit einem derartigen Sensormodul.

Bezuqszeichenliste:

1 Werkzeugaufnahme

2 Hohlschaftkegel (HSK)

3 Grundkörper

4 Mitnehmernut

6 Mitnehmernut

8 Kegel

10 Bund

12 Greiferrille

16 Sensorschaft

18 Antenne

20 Spannvorrichtung

22 Werkzeug

24 Hohlschaft

26 Ausnehmung

28 Spannkegel

30 Sensormodul

32 Indexvorsprung

34 Sensorik

36 Drehachse

38 Anschluss KSM

40 Kühlschmiermittelrohr

42 Kanal

44 Ausgangsanschluss

48 Akkumulatorpaket

50 Sensorelektronik

52 Anschlusspins

54 Tasche

56 Tasche

58 Empfänger/Transceiver

60 Auswerteeinheit 62 Konfigurationsverbindung

66 Werkzeugmaschinensteuerung

68 Prozessdatenbank

70 Echtzeitkanal

72 Hinterschneidung

74 ausgefräster Bereich

78 Stirnfläche

80 Anlageschulter

82 Auflagefläche

84 Befestigungsausnehmung

85 Anschlagbund

86 linke Stirnfläche

88 Grundkörperteil

90 Grundkörperteil

92 Aufnahme

94 Axialvorsprung

96 Radialschulter

98 Ringstirnfläche