Werkzeugaufnahme mit einem elektronischen Chip

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme zur Montage eines Werkzeugs (z. B. Fräser) in einer Werkzeugmaschine (z. B. Fräsmaschine).

Derartige Werkzeugaufnahmen sind unter anderem in der technischen Norm DIN 69893 genormt und beispielsweise in DE 202010012344 Ul und DE 202006002 269 Ul beschrieben. Diese beiden Veröffentlichungen offenbaren auch einen Einbauraum für einen Datenträger, wie er auch in der technischen Norm DIN 69873 genormt ist. In diesem Einbauraum kann ein elektronischer Chip (z.B. RFID-Tag) montiert werden, der eine Identifikation der Werkzeugaufnahme ermöglicht, was insbe sondere im Rahmen des sogenannten Konzepts „Industrie 4.0" vorteilhaft ist.

Problematisch an solchen bekannten Werkzeugaufnahmen mit einem eingebauten elektronischen Chip ist die Tatsache, dass der Chip im Betrieb einer Zentrifugalkraft ausgesetzt ist und im Extremfall aufgrund der Zentrifugalkraft aus dem Einbauraum herausgeschleudert werden kann, was unbe dingt verhindert werden muss.

Zur Lösung dieses Problems ist aus DE 10 2016 102 692 Al eine Werkzeugaufnahme bekannt, bei der der Chip mittels einer Aufnahmehülse formschlüssig in dem Aufnahmeraum (Aufnahmemulde) der Werkzeugaufnahme fixiert ist. Die Aufnahmehülse enthält hierbei den Chip und greift mit einer ringförmig umlaufenden Rastnase in eine Ringnut am Boden des Aufnahmeraums ein, wodurch die Aufnahmehülse mit dem Chip formschlüssig in dem Einbauraum (Aufnahmemulde) fixiert wird.

Problematisch an dieser technischen Lösung ist die Tatsache, dass die zusätzliche Aufnahmehülse radialen Bauraum in dem Aufnahmeraum für den Chip benötigt. Es ist deshalb mit dieser techni schen Lösung nicht mehr möglich, Chips mit einem normgemäßen Außendurchmesser gemäß DIN EN 68973 in einem Aufnahmeraum mit einem normgemäßen Innendurchmesser gemäß DIN EN 30 68973 unterzubringen. Vielmehr ist es erforderlich, den Chip zu verkleinern und/oder den Aufnah meraum zu vergrößern. Darüber hinaus benötigt diese technische Lösung ein zusätzliches Bauteil in Form der Aufnahmehülse für den Chip. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Werkzeugauf nahme zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch einen entsprechend angepassten Chip, der in der Werkzeugaufnahme montiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme dient zur Montage eines Werkzeugs in einer Werkzeug maschine. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Typs des Werkzeugs nicht auf die vorstehend exemplarisch erwähnten Fräser beschränkt. Vielmehr kann das Werkzeug auch einem anderen Werkzeugtyp angehören. Beispielsweise kann es sich bei dem Werkzeug um einen Bohrer handeln. Dementsprechend ist die Erfindung auch hinsichtlich des Typs der Werkzeugmaschine nicht auf die eingangs exemplarisch erwähnten Fräsmaschinen beschränkt. Beispielsweise kann es sich bei der Werkzeugmaschine auch um eine Bohrmaschine handeln.

Die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme stimmt teilweise mit den eingangs beschriebenen be kannten Werkzeugaufnahmen überein, wie sie auch in der technischen Norm DIN 69893 sowie in den vorstehend erwähnten Veröffentlichungen DE 20 2010012 344 Ul und D 20 2006 002 269 Ul beschrieben sind.

So weist auch die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme ein Spannfutter auf, um ein Werkzeug in dem Spannfutter einzuspannen. Beispielsweise kann es sich bei diesem Spannfutter um ein Schrumpffutter handeln, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ebenfalls eine Montageschnittstelle auf, um die Werkzeugaufnahme lösbar an einer Werkzeugmaschine zu montieren.

Vorzugsweise ist diese Montageschnittstelle eine Spindelschnittstelle, die dazu dient, die Werk zeugaufnahme an einer drehbaren Spindel der Werkzeugmaschine (z.B. Fräsmaschine) zu montie ren.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Spindelschnittstelle einen Hohl schaftkegel auf, wie er beispielsweise in der technischen Norm DIN 69893 genormt ist. Die Erfin- düng ist jedoch hinsichtlich des Typs der Spindelschnittstelle nicht auf normgemäße Hohlschaftke gel beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Typen von Spindelschnittstellen realisier bar.

Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Montageschnittstelle dazu dient, die Werkzeugaufnahme an einem Werkzeugrevolver einer Drehmaschine zu montieren, wie es bei spielsweise aus der technischen Norm DIN 10889 bekannt ist.

Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme in Übereinstimmung mit den bekann ten Werkzeugaufnahmen eine radial von außen zugängliche Aufnahmemulde auf, in der ein elekt ronischer Chip angeordnet werden kann, wie beispielsweise ein Transponder zur Identifikation der Werkzeugaufnahme durch ein Lesegerät der Werkzeugmaschine. Derartige Aufnahmemulden wer den auch als Einbauraum bezeichnet und sind beispielsweise in der technischen Norm DIN 69873 technisch genormt, wie vorstehend bereits erwähnt wurde.

Die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Seitenwand der Aufnahmemulde für den elektronischen Chip mindestens ein erstes Formschlusselement aufweist, um den elektronischen Chip formschlüssig in der Aufnahmemulde der Werkzeugaufnahme zu ver ankern. Bisher wurde der Chip nämlich lediglich durch eine Klebeverbindung in der Aufnah memulde (Einbauraum) der Werkzeugaufnahme verankert, wobei der Klebstoff an den glatten Sei tenwänden des Chips einerseits und der Aufnahmemulde andererseits haftete. Allerdings war diese Haftung aufgrund der glatten Seitenwände des Chips bzw. der Aufnahmemulde nicht hinreichend belastbar, was im Extremfall bei hohen Drehzahlen der Werkzeugaufnahme zu einem Heraus schleudern des Chips führen konnte. Das erfindungsgemäß vorgesehene erste Formschlusselement in der Seitenwand der Aufnahmemulde ermöglicht nun eine formschlüssige Verbindung, da der ausgehärtete Klebstoff mit dem ersten Formschlusselement in der Seitenwand der Aufnah memulde eine formschlüssige Verbindung bildet. Dadurch kann die Drehzahlfestigkeit der Werk zeugaufnahme mit dem eingebauten Chip erhöht werden.

Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Chip und der Aufnahmemulde der Werkzeugauf nahme erfolgt also bei der Erfindung nicht durch eine separate Aufnahmehülse, wie sie bei der technischen Lösung gemäß DE 102016 102692 Al vorgesehen ist, sondern durch den ausgehärte ten Klebstoff selbst. Der ausgehärtete Klebstoff weist also bei der Erfindung vorzugsweise Vor sprünge auf, die im ausgehärteten Zustand einerseits in die ersten Formschlusselemente (z.B. Ring nuten) in der Seitenwand der Aufnahmemulde und andererseits in zweite Formschlusselemente (z.B. Ringnuten) in der Seitenwand des Chips eingreifen. Der ausgehärtete Klebstoff ersetzt also bei der Erfindung quasi die Aufnahmehülse, wie sie bei der technischen Lösung gemäß DE 10 2016 102 692 Al vorgesehen ist. Damit bildet der ausgehärtete Klebstoff zwischen der Aufnahmemulde und dem Chip eine Verbindung, die sowohl stoffschlüssig als auch formschlüssig ist.

Beispielsweise kann der Klebstoff Epoxidharz enthalten, jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch andere Klebstofftypen einsetzbar.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nicht nur die Aufnahmemulde (Einbau raum) der Werkzeugaufnahme entsprechend angepasst, sondern auch der elektronische Chip selbst. Hierzu weist der elektronische Chip in seiner Seitenwand mindestens ein zweites Form schlusselement auf, um den elektronischen Chip formschlüssig in der Aufnahmemulde der Werk zeugaufnahme zu verankern.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet der ausgehärtete Klebstoff also eine formschlüssige Verbindung mit dem ersten Formschlusselement in der Seitenwand der Aufnah memulde und auch mit dem zweiten Formschlusselement in der Seitenwand des Chips, was eine belastbare Verankerung des Chips in der Aufnahmemulde der Werkzeugaufnahme ermöglicht.

Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des ersten bzw. zweiten Formschlusselement bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können die Formschlussele mente durch eine Vertiefung oder durch einen Vorsprung gebildet werden. Vorzugsweise ist hierbei in der Seitenwand des Chips und in der Seitenwand der Aufnahmemulde jeweils derselbe Typ eines Formschlusselements angeordnet, sodass beispielsweise gegenüberliegende Vertiefungen in dem Chip einerseits und in der Aufnahmemulde andererseits vorgesehen sind.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Vorsprung bzw. die Vertiefung einen Querschnitt auf, der im Wesentlichen rechteckig ist. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der Vorsprung bzw. die Vertiefung einen dreieckigen Querschnitt aufweist. Allge mein zu erwähnen, dass die Erfindung hinsichtlich des Querschnitts der Vertiefung bzw. des Vor sprungs nicht auf die vorstehend erwähnten Beispiele (dreieckig, viereckig) beschränkt ist, sondern auch mit anderen Querschnittsformen realisierbar ist.

Allerdings ist zu erwähnen, dass sich die Vertiefung vorzugsweise von einer rauen Oberfläche un- terscheidet und eine wesentlich größere Tiefe aufweist. So beträgt die Tiefe der Vertiefung vor zugsweise mindestens 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm oder 5 mm, um einen ausreichend belastbaren Formschluss zu ermöglichen.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass das erste Formschlusselement in der Seitenwand der Aufnah memulde auch durch ein Innengewinde gebildet werden kann, während das zweite Formschluss element in der Seitenwand des Chips ein Außengewinde sein kann. Der Chip kann dann einfach in die Aufnahmemulde eingeschraubt werden und wird dann in der Aufnahmemulde festgeklebt. Die Klebstoffverbindung muss dann keine Zentrifugalkräfte aufnehmen, da die Zentrifugalkräfte voll ständig durch die Gewindeverbindung getragen werden. Die Klebstoffverbindung muss dann ledig lich ein Lösen der Gewindeverbindung verhindern.

Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass das erste Formschlusselement in der Seitenwand der Aufnahmemulde und/oder das zweite Formschlusselement in der Seitenwand des Chips eine Rän delung ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das erste bzw. zweite Formschluss element über den Umfang der Aufnahmemulde umlaufend angeordnet. Beispielsweise kann das einzelne Formschlusselement hierbei als Ringnut ausgebildet sein, die über den Umfang der Auf nahmemulde bzw. des Chips umläuft. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für umlaufende Formschlusselemente, die über den gesamten Umfang der Aufnah memulde bzw. des Chips umlaufen. Es ist vielmehr auch möglich, dass das jeweilige Formschlus selement nur über einen Teil des Umfangs umläuft bzw. Unterbrechungen aufweist.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Seitenwand der Aufnahmemulde mehrere Ringnuten angeordnet, die jeweils eines der ersten Formschlusselemente bilden und vor zugsweise parallel zueinander verlaufen. Entsprechend sind dann vorzugsweise auch in der Seiten wand des Chips mehrere Ringnuten angeordnet, die jeweils eines der zweiten Formschlussele mente bilden und vorzugsweise ebenfalls parallel zueinander verlaufen. Die Ringnuten in der Sei tenwand der Aufnahmemulde einerseits und in der Seitenwand des Chips andererseits liegen vor zugsweise in Deckung nebeneinander, damit der ausgehärtete Klebstoff eine stabile und belastbare Formschlussverbindung bilden kann.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind dagegen in der Seitenwand der Aufnah- memulde bzw. in der Seitenwand des Chips über den Umfang verteilt mehrere Formschlussele mente angeordnet, die voneinander getrennt sind, wobei die Formschlusselemente über den Um fang verteilt vorzugsweise äquidistant angeordnet sind. Auch hierbei liegen die Formschlussele mente in der Seitenwand der Aufnahmemulde einerseits und in der Seitenwand des Chips anderer seits vorzugsweise in Deckung zueinander, um eine belastbare Formschlussverbindung durch den ausgehärteten Klebstoff zu ermöglichen.

Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine hohe Drehzahlfestigkeit der Werkzeugaufnahme ohne die Gefahr eines Flerausschleuderns des Chips aus der Aufnahmemulde der Werkzeugaufnahme. So kann die Drehzahlfestigkeit beispielsweise Werte von mindestens 10.000 UpM, 25.000 UpM, 50.000 UpM, 100.000 UpM oder sogar 200.000 UpM erreichen (UpM: Umdrehung jaro Minute).

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die Aufnahmemulde in der Werkzeugaufnahme bei spielsweise gemäß der technischen Norm DIN 69873 ausgebildet sein kann. Die Aufnahmemulde (Einbauraum) kann also eine Radialbohrung sein, die bezüglich der Drehrichtung der Werkzeugauf nahme radialverläuft.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt sich bei dem elektronischen Chip um einen RFID-Transponder (RFID: Radio Frequency Identification). Die Erfindung ist jedoch hin sichtlich des Typs des elektronischen Chips nicht auf derartige RFID-Transponder beschränkt, son dern grundsätzlich auch mit anderen Typen von elektronischen Chips realisierbar.

Ferner ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Chips nicht auf elektronische Datenträger beschränkt ist, die eine elektronische Schaltung enthalten. Beispiels weise kann der Chip auch ein einfaches Kunststoffteil sein, das beispielsweise einen QR-Code trägt.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Werkzeugaufnahme zusätzlich zu der Montageschnittstelle (z.B. Spindelschnittstelle) und dem Spannfutter vorzugsweise einen Mittelabschnitt aufweist, der sich zwischen der Montageschnittstelle und dem Spannfutter befindet. Die Aufnahmemulde für den elektronischen Chip befindet sich dann vorzugsweise in diesem Mittelabschnitt.

Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für die vorstehend be schriebene erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Werkzeugmaschine (z. B. Fräsmaschine) mit einer solchen Werkzeugaufnahme. Schließlich beansprucht die Erfindung auch Schutz für einen entsprechend angepassten elektroni schen Chip zur Montage in der Aufnahmemulde einer Werkzeugaufnahme. Der erfindungsgemäße Chip zeichnet sich - wie bereits vorstehend beschrieben wurde - dadurch aus, dass er in seiner Seitenwand mindestens das zweite Formschlusselement aufweist, um den elektronischen Chip formschlüssig in der Aufnahmemulde der Werkzeugaufnahme zu verankern.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme mit einer

Aufnahmemulde für einen elektronischen Chip,

Figur 2 eine Längsschnittansicht der Werkzeugaufnahme aus Figur 1,

Figur 3A eine Schnittansicht durch die Aufnahmemulde bei einem ersten Ausführungsbei spiel,

Figur 3B eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß angepassten elektronischen Chips zur

Montage in der Aufnahmemulde gemäß Figur 3A,

Figur 3C eine Schnittansicht durch die Aufnahmemulde gemäß Figur 3A mit dem Chip gemäß

Figur 3B und einer Klebstoffverbindung,

Figur 3D eine Detailansicht der Klebstoffverbindung aus Figur 3C,

Figuren 4A-4D Abwandlungen des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 3A-3D mit einer drei eckigen Querschnittsform der Ringnuten in der Aufnahmemulde.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme 1, die der technischen Norm DIN 69893 entspricht und im Wesentlichen aus einem Flohlschaftkegel 2, einem Schrumpf futter 3 und einem Mittelabschnitt 4 besteht.

Der Flohlschaftkegel 2 dient zur lösbaren Montage der Werkzeugaufnahme 1 in einer Werkzeug maschine (Z. B. Fräsmaschine). Das Schrumpffutter 3 dient dagegen zur Aufnahme eines Werkzeugs (z. B. Fräser), was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.

In dem Mittelabschnitt 4 der Werkzeugaufnahme 1 befindet sich in der Mantelfläche eine Aufnah memulde 5 für einen elektronischen Chip 6 (z. B. RFID-Transponder), wobei die Aufnahmemulde 5 weitgehend der technischen Norm DIN 69873 entspricht. Der Chip 6 ist hierbei in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt, sondern nur in den Figuren 3B-3D und 4B-4D.

Die Figuren 3A-3D einerseits und die Figuren 4A-4D die andererseits zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele. Im Folgenden wird deshalb zunächst das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3A-3D beschrieben.

So weist die Aufnahmemulde 5 hierbei in ihrer Seitenwand 7 ringförmig umlaufende Ringnuten 8 auf, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt haben.

Entsprechend weist auch der Chip 6 in seiner Seitenwand 9 ringförmig umlaufende Ringnuten 10 auf, wobei die Ringnuten 10 in der Seitenwand 9 des Chips 6 ebenfalls einen rechteckigen Quer schnitt haben.

Die Ringnuten 8 in der Seitenwand 7 der Aufnahmemulde 1 liegen hierbei in Deckung mit den Ringnuten 10 in der Seitenwand 9 des Chips 6, wie aus Figur 3C ersichtlich ist.

Aus Figur 3C ist weiterhin eine Klebstoffverbindung 11 ersichtlich, die den Chip 6 formschlüssig in der Aufnahmemulde 5 der Werkzeugaufnahme 1 verankert. So ragt der Klebstoff der Klebstoffver bindung 11 im ausgehärteten Zustand in die Ringnuten 8 einerseits und in die Ringnuten 10 ande rerseits hinein, wodurch der Chip 6 in der Aufnahmemulde 5 formschlüssig verankert wird. Die Klebstoffverbindung 11 ermöglicht also aufgrund der Ringnuten 8, 10 eine wesentlich höhere Drehzahlfestigkeit der Werkzeugaufnahme 1 als bei glatten Seitenwänden 7, 9.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4A-4D stimmt weitgehend mit dem vorstehend be schriebenen Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3A-3D überein, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Ein zelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Ringnuten 8,10 jeweils ei nen dreieckigen Querschnitt haben.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele be- schränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbeson dere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteran sprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsas- pekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.

Bezugszeichenliste:

1 Werkzeugaufnahme

2 Hohlschaftkegel 3 Schrumpffutter

4 Mittelabschnitt der Werkzeugaufnahme

5 Aufnahmemulde der Werkzeugaufnahme

6 Chip

7 Seitenwand der Aufnahmemulde 8 Ringnuten in der Seitenwand der Aufnahmemulde

9 Seitenwand des Chips

10 Ringnuten in der Seitenwand des Chips

11 Klebstoffverbindung