DE4031466C1 - Rotating chuck with power-operated clamping jaws - has measuring pick=up for clamping force coupled to signal generator supplying receiver for evaluator - Google Patents

Description

Umlaufendes Spannfutter

Die Erfindung betrifft ein umlaufendes Spannfutter mit mindestens zwei kraftbetätigten Spannbacken und mindestens einem durch die Spannkraft beaufschlagten Meßaufnehmer, der über mindestens einen am Spannfutter angeordneten Geber und einen gegenüber dem umlaufenden Spannfutter stationären Empfänger mit einer Auswertevorrichtung für die im Meßaufnehmer aufgenommenen Werte verbunden ist, wobei Geber und Empfänger als mindestens eine der berührungslosen Datenübertragung dienenden Spule ausgebildet sind.

Eine derartige Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung von in einem rotierenden Spannzeug gemessenen physikalischen Größen ist aus der EP 01 08 857 B1 bekannt.

Dieses vorbekannte Spannfutter weist radial im Futterkörper verschiebbar geführte Spannbacken auf, die einzeln oder gemeinsam durch ein im Futterkörper angeordnetes Antriebsglied verstellbar sind. Am oder im Spannfutter ist mindestens ein, von mindestens einer der Spannbacken beaufschlagter Meßaufnehmer für die Spannkraft und/oder die Wegverstellung dieser Spannbacke angeordnet. Die aufgenommenen physikalischen Meßgrößen werden an eine Übertragungseinrichtung geleitet, die ein am Spannfutter angeordnetes Geberteil und ein gegenüber dem Spannfutter angeordnetes stationäres Empfängerteil aufweist. Geber- und Empfangsteil weisen zur Übertragung der Meßdaten Spulen auf, wobei die Geberspulen an der zylindrischen Außenfläche des Spannfutters und die Empfängerspulen an der zylindrischen Innenfläche des stationären Empfängerteils derart angeordnet sind, daß die Empfängerspulen den mit dem Spannfutter rotierenden Geberspulen gegenüberliegen.

Nachteil dieses bekannten Spannfutters ist, daß die Geberspulen durch die radial wirkende Fliehkraft verformt werden und sich auf die Empfängerspulen zubewegen. Da die Datenübertragung jedoch berührungslos erfolgen soll, muß der Spalt zwischen dem stationären Empfängerteil und dem rotierenden Spannfutter so groß sein, daß eine Berührung der Empfänger- und Geberspulen auch bei hohen Drehzahlen und den damit verbundenen hohen Fliehkräften vermieden wird. In diesen breiten Spalt können Staub und Späne eindringen, die die Spulen in ihrer Funktion beeinträchtigen, beschädigen oder zerstören können. Andererseits ist es notwendig, daß die Spulen mit sehr aufwendigen technischen Maßnahmen fest mit dem Spannfutter verbunden sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter der eingangs beschriebenen Art mit einer berührungslosen Datenübertragung zu schaffen, bei dem ungewollte Berührungen der als Empfänger ausgebildeten Spule und der als Geber ausgebildeten Spule sicher verhindert werden und bei dem der Spalt zwischen dem rotierenden Spannfutter und dem feststehenden Trägerbauteil der Empfängerspule so schmal ist, daß ein Eindringen von Spänen und Staub weitestgehend verhindert wird.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die als Geber ausgebildete Spule an der zylindrischen Innenfläche eines mit dem Spannfutter rotierenden Bauteils und die als zugehöriger Empfänger ausgebildete Spule an der Außenseite eines stationären Trägerbauteils angeordnet sind, das in radialer Richtung innerhalb der zylindrischen Innenfläche des Bauteils liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Spannfutter sind die mit dem rotierenden Bauteil verbundenen Geberspulen derart angeordnet, daß sie durch die Zentrifugalkraft in das rotierende Bauteil hereingedrückt werden. Die als zugehörige Empfänger ausgebildeten Spulen sind an der Außenseite des stationären Gehäuses innerhalb des die Geberspulen tragenden rotierenden Bauteils angeordnet, so daß eine Berührung der Spulen aufgrund der Zentrifugalkraft nicht möglich ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Spalt zwischen dem rotierenden und dem stationären Bauteil sehr schmal auszubilden, so daß keine die Spulen beschädigenden Späne zwischen die Bauteile gelangen können. Ferner kann auf aufwendige Befestigungsmaßnahmen der mit dem Spannfutter rotierenden Spulen weitestgehend verzichtet werden, da die Spulen durch die Zentrifugalkraft in entsprechenden Ausnehmungen des rotierenden Bauteils gehalten werden.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannfutters ist die als Geber ausgebildete Spule am Futterkörper angeordnet. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß zwischen der Spule und dem Meßaufnehmer nur sehr kurze Datenübertragungsleitungen notwendig sind, so daß auch kleine Signale zuverlässig bis zu der Spule geleitet werden.

Eine zweite Ausführungsform des Spannfutters sieht vor, daß die als Geber ausgebildete Spule am rotierenden Druckmittelzylinder und die als Empfänger ausgebildete Spule am stationären Teil des Druckmittelüberleitungsgehäuses angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Spule in ausreichender Entfernung vom Spannfutter angeordnet ist, so daß sie vor Verschmutzung, die im Arbeitsraum anfällt, geschützt ist. Bei einer dritten Ausführungsform des Spannfutters ist die als Geber ausgebildete Spule an der das Spannfutter tragenden Spindel im Bereich des Spindelstocks angeordnet. Besonders vorteilhaft ist es bei dieser Ausführungsform, wenn die als Geber ausgebildete Spule neben einem oder zwischen zwei Spindellagern des Spindelstocks angeordnet ist. Hierdurch wird eine sehr gute Datenübertragung erzielt, da die zwischen den Lagern angeordnete Spule sehr genau und vibrationsarm an der als Empfänger ausgebildeten Spule vorbeigeführt und der Spalt zwischen den Spulen exakt eingehalten wird.

Eine Weiterentwicklung der drei Ausführungsformen sieht zur kontinuierlichen Datenübertragung vor, daß die Empfängerspule ringförmig ausgebildet ist und innerhalb der an der zylindrischen Innenfläche des rotierenden Bauteils ringförmig ausgebildeten Geberspule angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, daß die als Geber ausgebildete Spule und die als Empfänger ausgebildete Spule dreiteilig ausgebildet sind und einen Energieübertragungsteil, einen Signalübertragungsteil sowie einen Spulenteil zur Kontrolle der Leistungsübertragung aufweisen. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung können sowohl die in Signale umgewandelten physikalischen Meßgrößen als auch die für die Übertragung notwendige Energie an gleicher Stelle übermittelt und die Leistungsübertragung kontrolliert werden.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der Spulenteile zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß die Empfängerspulenteile und die Geberspulenteile in voneinander getrennten Aussparungen im rotierenden und stationären Trägerbauteil angeordnet sind. Diese Aussparungen können die Form von Ringnuten haben, in die die Spulen eingelegt sind.

Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, das stationäre Trägerbauteil als einen in das rotierende Bauteil hineinragenden Tragarm auszubilden, wobei an dem Tragarm die dreiteilig ausgebildete Empfängerspule angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie gegenüber den umlaufenden Spulen einen sehr einfachen Aufbau mit geringem Konstruktionsaufwand aufweist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Spannfutters ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in der drei bevorzugte Ausführungsformen einer kraftbetätigten Spanneinrichtung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines an der Spindel einer Werkzeugmaschine angeordneten Spannfutter mit einer am Futterkörper angeordneten Geberspule,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Spanneinrichtung mit einer am rotierenden Teil des Druckmittelüberleitungsgehäuses angeordneten Geberspule und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform im Längsschnitt.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine in einem Spindelstock 1 einer im übrigen nicht dargestellten Werkzeugmaschine drehbar gelagerte Spindel 2, an deren vorderem Flansch ein Spannzeug 3 mittels Schrauben 4 befestigt ist. Dieses Spannzeug 3 besitzt eine Mehrzahl von Spannbacken 5, von denen auf der schematischen Zeichnung lediglich eine Spannbacke 5 dargestellt ist. Diese Spannbacke 5 ist in radialer Richtung beweglich im Futterkörper 6 des Spannzeuges 3 gelagert und wird von einem Futterkolben 7 betätigt, der in axialer Richtung beweglich im Futterkörper 6 des Spannzeuges 3 angeordnet und von einer Zugstange 8 angetrieben ist. Die Vorderseite des Spannzeuges 3 ist duch einen Deckel 9 verschlossen.

Der Futterkörper 6 hat an seinem dem Spindelstock 1 zugewandten Ende einen ringförmigen Steg 10, an dessen zylindrischer Innenfläche 11 eine Ausnehmung angeordnet ist. In diese Ausnehmung ist eine als Geber ausgebildete Spule 15 eingelegt, die dreiteilig ausgebildet ist und einen Energieübertragungsteil 15a, einen Signalübertragungsteil 15b und ein Spulenteil 15c zur Kontrolle der Leistungsübertragung hat.

An einem stationären Trägerbauteil 19, welches in radialer Richtung innerhalb der zylindrischen Innenfläche 11 des die Spule 15 tragenden Steges 10 liegt, ist eine als Empfänger ausgebildete Spule 20 angeordnet. Die Spule 20 ist ebenfalls in eine Ausnehmung des Trägerbauteils 19 eingelegt. Die Ausnehmung ist an der dem Steg 10 zugewandten Außenseite angeordnet und dient der Aufnahme der in ein Energieübertragungsteil 20a, ein Signalübertragungsteil 20b und ein Spulenteil 20c zur Kontrolle der Leistungsübertragung unterteilten Spule 20.

Im Spannzeug 3 ist eine Mehrzahl von Meßwertaufnehmern 23 zur Erfassung von physikalischen Größen beim Betrieb des Spannzeuges 3 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich ein Sensor 24 eines Meßwertaufnehmers 23 zu erkennen, der zur Messung der von der Spannbacke 5 auf das jeweils eingespannte Werkstück aufgebrachten Spannkraft dient. Der Sensor 24 steht über Leitungen 25 mit einem Meßwertumsetzer 26 in Verbindung, der wiederum über zwei Übertragungsleitungen 27 mit der Spule 15 verbunden ist. Die vom Sensor 24 erfaßte physikalische Größe, im Ausführungsbeispiel die jeweilige Spannkraft, wird in eine elektrische Größe umgewandelt und über die Leitungen 25 dem Meßwertumsetzer 26 zugeführt. Die Aufgabe des Meßwertumsetzers 26 besteht einmal darin, das Meßsignal zu empfangen und in ein Stromsignal zu wandeln, und zum anderen darin, den Sensor 24 mit der notwendigen Energie zu versorgen.

Die vom Meßwertumsetzer 26 erzeugten Stromsignale werden über die Übertragungsleitungen 27 dem Signalübertragungsteil 15b der Spule 15 zugeführt. Die Stromsignale werden dann berührungslos als Induktion auf den entsprechenden Signalübertragungsteil 20b der als Empfänger ausgebildeten Spule 20 übertragen und von dieser an ein nicht dargestelltes Meßwertempfangssystem weitergeleitet. In dem Meßwertempfangssystem werden die Stromsignale analysiert und in entsprechende Anzeigen umgewandelt.

Gleichzeitig mit der Übertragung der in Stromsignale umgewandelten physikalischen Größen wird über den Energieübertragungsteil 20a der Spule 20 und dem Energieübertragungsteil 15a der Spule 15 die notwendige Energie dem Sensor 24 zugeführt. Zur Bereitstellung der notwendigen Energie weist die Werkzeugmaschine ein nicht dargestelltes Spulennetzteil auf. Die Leistungsübertragung muß dabei so erfolgen, daß die den im rotierenden Spannzeug befindlichen Sensoren 24 zugeführte Spannung weitgehend konstant ist. Diese Spannung wird beeinflußt durch die Anzahl der Sensoren 24 und durch die Größe des anliegenden Meßwertes am jeweiligen Sensor 24. Falls nur ein Sensor 24 vorhanden ist, könnten die durch den Sensor 24 und den Meßwert verursachten Schwankungen toleriert werden. Da jedoch mehrere Sensoren 24 an das nicht dargestellte Meßwerterfassungssystem angeschlossen sind und durch die Energieübertragung über die Induktionsspulen 15, 20 eine sehr weiche Kopplung gegeben ist, ist es notwendig, den im rotierenden Teil der Einrichtung erzeugten Istwert der Betriebsspannung zu erfassen und diesen unabhängig vom Meßwerterfassungssystem auf das stationäre Trägerbauteil 19 zu übertragen, um ihn dort einem Regler zuzuführen. Dieser Regler beeinflußt die an die als Geber ausgebildete Spule 15 herangeführte Leistung derart, daß die Betriebsspannung im rotierenden Spannzeug 3 belastungsunabhängig ist und dadurch konstant gehalten wird.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der ringförmige umlaufende Steg 10 mit der an seiner zylindrischen Innenfläche 11 angeordneten Ausnehmung und der eingelegten Spule 15 am rotierenden Druckmittelzylinder 28 angeordnet, in dem sich ein Kolben 29 befindet, der mit der Zugstange 8 verbunden ist. Der Kolben 29 wird entweder auf seiner Kolbenfläche 30 oder seiner Ringfläche 31 mit einem Druckmittel beaufschlagt, wodurch die Zugstange 8 in axialer Richtung verschoben wird. Hierdurch wird der an der Zugstange 8 spannzeugseitig angeordnete Futterkolben 7 bewegt, über den eine Bewegung der Spannbacken 5 in radialer Richtung erfolgt.

Das die Spule 20 tragende Trägerbauteil 19 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an einem Tragarm 32 befestigt, der an dem stationären Teil eines Druckmittelübertragungsgehäuses 33 angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Druckmittelüberleitungsgehäuses 33 wird das zur Betätigung des Kolbens 29 erforderliche Druckmittel von einer stationären, auf der Zeichnung nicht dargestellten Druckmittelquelle dem rotierenden Druckmittelzylinder 28 zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die als Empfänger ausgebildete Spule 20 nicht ringförmig, sondern als Ringabschnitt ausgebildet.

Die dritte Ausführungsform nach Fig. 3 zeigt schließlich einen Längsschnitt durch eine komplette, am Spindelstock 1 einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine angeordnete Spanneinrichtung, die an der rotierenden Spindel 2 befestigt ist. Es ist wiederum das Spannzeug 3 zu erkennen, dessen Spannbacken 5 über den Futterkolben 7 mittels einer in der Spindel 2 verlaufenden Zugstange 8 durch einen Druckmittelzylinder 28 betätigbar sind, der am anderen Ende der Spindel 2 zusammen mit einem Druckmittelüberleitungsgehäuse 33 angeordnet ist.

Bei dieser dritten Ausführungsform ist der die Spule 15 aufnehmende, ringförmige Steg 10 zwischen den Spindellagern 34 im Spindelstock 1 angeordnet; er rotiert mit der Spindel 2. Innerhalb seiner zylindrischen Innenfläche 11 ist das Trägerbauteil 19 mit der Spule 20 angeordnet; dieses Trägerbauteil 19 ist mit einem Lagerdeckel 35 des Spindelstocks 1 verbunden und steht demzufolge still. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind in Fig. 3 die Spulen 15 und 20 nicht eingezeichnet, sondern lediglich die hierfür vorgesehenen Ausnehmungen.

Der Vollständigkeit wegen soll darauf hingewiesen werden, daß das Spannzeug 3, die Zugstange 8 und der Druckmittelzylinder 28 einschließlich Druckmittelüberleitungsgehäuse 33 mit einer durchgehenden zentralen Bohrung ausgeführt werden können, durch die hindurch dem Spannzeug Werkstücke zugeführt werden können.

Claims (9)

1. Umlaufendes Spannfutter mit mindestens zwei kraftbetätigten Spannbacken und mindestens einem durch die Spannkraft beaufschlagten Meßaufnehmer, der über mindestens einen am Spannfutter angeordneten Geber und einen gegenüber dem umlaufenden Spannfutter stationären Empfänger mit einer Auswertevorrichtung für die im Meßaufnehmer aufgenommenen Werte verbunden ist, wobei Geber und Empfänger als mindestens eine der berührungslosen Datenübertragung dienenden Spule ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die als Geber ausgebildete Spule (15) an der zylindrischen Innenfläche (11) eines mit dem Spannzeug (3) rotierenden Bauteils (10) und die als zugehöriger Empfänger ausgebildete Spule (20) an der Außenseite eines stationären Trägerbauteils (19) angeordnet sind, das in radialer Richtung innerhalb der zylindrischen Innenfläche (11) des Bauteils (10) liegt.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Geber ausgebildete Spule (15) am Futterkörper (6) angeordnet ist.

3. Spannfutter nach Anspruch 1 mit einem Druckmittelüberleitungsgehäuse für den die Spannbacken des Spannfutters betätigenden Druckmittelzylinder, dadurch gekennzeichnet,
daß die als Geber ausgebildete Spule (15) am rotierenden Druckmittelzylinder (28) und die als Empfänger ausgebildete Spule (20) mittels eines Tragarms (32) am stationären Teil des Druckmittelüberleitungsgehäuses (33) angeordnet ist.

4. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Geber ausgebildete Spule (15) an der das Spannzeug (3) tragenden Spindel (2) im Bereich des Spindelstocks (1) angeordnet ist.

5. Spannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Geber ausgebildete Spule (15) neben einem oder zwischen zwei Spindellagern (34) des Spindelstocks (1) angeordnet ist.

6. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerspule (20) ringförmig ausgebildet ist und innerhalb der an der zylindrischen Innenfläche (11) des rotierenden Bauteils (10) ringförmig ausgebildeten Geberspule (15) angeordnet ist.

7. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Geber ausgebildete Spule (15) und die als Empfänger ausgebildete Spule (20) dreiteilig ausgebildet sind und einen Energieübertragungsteil (15a, 20a), einen Signalübertragungsteil (15b, 20b) sowie einen Spulenteil (15c, 20c) zur Kontrolle der Leistungsübertragung aufweisen.

8. Spannfutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerspulenteile und die Geberspulenteile in voneinander getrennten Ausnehmungen im rotierenden Bauteil (10) und im stationären Trägerbauteil (19) angeordnet sind.

9. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Trägerbauteil (19) als ein in das rotierende Bauteil (10) hereinragender Tragarm (32) ausgebildet ist.