DE9014037U1

DE9014037U1 - Thread cutting or drilling chuck

Info

Publication number: DE9014037U1
Application number: DE9014037U
Authority: DE
Original assignee: EMUGE-WERK RICHARD GLIMPEL FABRIK fur PRAEZISIONSWERKZEUGE 8560 LAUF DE
Current assignee: EMUGE-WERK RICHARD GLIMPEL FABRIK fur PRAEZISIONSWERKZEUGE 8560 LAUF DE
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 2000-10-10

Description

Thread cutting or drilling chuck

Die Erfindung richtet sich auf ein Gewindeschneid- oder Bohrfutter.
5The invention relates to a thread cutting or drilling chuck.
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Besonders in vollautomatischen Bearbeitungszentren ergeben sich aufgrund der rationellen Arbeitsweise hohe Fertigungsgeschwindigkeiten, so daß in kurzen Zeiträumen hohe Stückzahlen produziert werden können. Da bei jedem Werkstück dieselben Arbeitsschritte anfallen, müssen immer wieder dieselben Werkzeuge zum Einsatz gebracht werden. Somit ergeben sich für manche Werkzeuge hohe Eingriffszeiten. Diese werden somit schnell stumpf und müssen häufig ausgetauscht und nachgeschärft werden. Geschieht der Austausch gegen ein neues Werkzeug nicht rechtzeitig, arbeitet der Fertigungsroboter mit einem stumpfen Werkzeug. Zum einen sind die mit einem stumpfen Werkzeug erzeugten Oberflächen unsauber, andererseits verbraucht der Antriebsmotor des Werkzeugs mehr Energie. Schließlich kann bei einer zu langen Standzeit das Werkstück und/oder das Werkzeug beschädigt oder ganz zerstört werden. In diesem Fall ist mit einem längeren Stillstand des BearbeitungsZentrums und damit mit einem Produktionsausfall zu rechnen. Zur Vermeidung dieser nachteiligen Folgen werden vielfach die Werkzeuge bereits nach kurzen Standzeiten ausgetauscht und nachgeschärft. Dies bringt jedoch einen hohen zusätzlichen Arbeitsaufwand mit sich. Daher ist es wünschenswert, die Schärfe der Werkzeuge automatisch zu überwachen. Ein Maß für die Schärfe von Gewindeschneidwerkzeugen ist die während des Eingriffs am Werkzeug sowie in entgegengesetzer Richtung am Werkstück auftretende Torsionskraft. Bisher angewandte Methoden zurParticularly in fully automatic machining centers, high production speeds are achieved due to the efficient working method, so that large quantities can be produced in a short period of time. Since the same work steps are required for each workpiece, the same tools must be used again and again. This means that some tools require long intervention times. These quickly become blunt and must be replaced and resharpened frequently. If the tool is not replaced with a new one in time, the production robot works with a blunt tool. On the one hand, the surfaces produced with a blunt tool are unclean, and on the other hand, the tool's drive motor consumes more energy. Finally, if the tool is left idle for too long, the workpiece and/or the tool can be damaged or completely destroyed. In this case, a longer downtime of the machining center and thus a loss of production can be expected. To avoid these adverse consequences, the tools are often replaced and resharpened after only a short period of downtime. However, this entails a lot of additional work. It is therefore desirable to monitor the sharpness of the tools automatically. One measure of the sharpness of thread cutting tools is the torsional force occurring during the engagement of the tool and in the opposite direction on the workpiece. Previously used methods for

Überwachung dieser Torsionskräfte verwenden eine handelsübliche Drehmomentmeßwelle, welche ein rotierendes Teil und ein feststehendes Teil aufweist, wobei die Drehmomentmessung im roterierenden Teil erfolgt und die Stromzuführung als auch der Abgriff des Meßwerts über Schleifringe bewerkstelligt wird. Von dem feststehenden Gehäuseteil wird das Meßsignal mittels eines abgeschirmten Kabels zur Auswerteeinheit übertragen. Eine derartige Vorrichtung bringt bei einer Aktionsmomentmessung den Nachteil mit sich, daß das feststehende Gehäuseteil am Roboterarm exakt justiert angebracht sein muß, damit kein übermäßiger Verschleiß in den Lagern auftritt. Eine fest am Roboterarm angebrachte Drehmomentmeßwelle kann vom Automaten jedoch nicht gewechselt werden, was ein gravierender Nachteil ist. Aus dieser Problematik heraus wurde auch bereits versucht, anstelle des werkzeugseitigen Aktionsmoments das Reaktionsmoment am Werkstück zu messen. Hierbei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß zu einer einwandfreien Messung die Achse der werkstücksei tigen Drehmomentmeßwelle mit der Achse des Werkzeugs fluchten muß. Somit müßte das Werkstück nach jedem Arbeitsvorgang anders eingespannt werden.To monitor these torsional forces, a commercially available torque measuring shaft is used, which has a rotating part and a fixed part, whereby the torque measurement takes place in the rotating part and the power supply and the measurement value are taken via slip rings. The measurement signal is transmitted from the fixed housing part to the evaluation unit using a shielded cable. When measuring the action torque, such a device has the disadvantage that the fixed housing part must be attached to the robot arm in an exactly adjusted manner so that no excessive wear occurs in the bearings. However, a torque measuring shaft that is permanently attached to the robot arm cannot be changed by the machine, which is a serious disadvantage. Due to this problem, attempts have already been made to measure the reaction torque on the workpiece instead of the action torque on the tool. However, the difficulty here is that in order to obtain a perfect measurement, the axis of the torque measuring shaft on the workpiece must be aligned with the axis of the tool. This means that the workpiece would have to be clamped differently after each work process.

Ähnlich ist die Situation bei der automatischen Überwachung der Schärfe von Bohren. Hierbei ist es vorteilhaft, die Kraft zu überwachen, welche in Vorschubrichtung des Werkzeugs wirkt. Diese Kraft nimmt mit stumpfer werdender Schneide zu. Nach bisher angewandten Verfahren wird diese Kraft überwiegend am Werkstück ermittelt. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig, da allein die vom Werkzeug auf das Werkstück ausgeübte Kraftkomponente maßgebend ist.The situation is similar with the automatic monitoring of the sharpness of drills. Here it is advantageous to monitor the force acting in the feed direction of the tool. This force increases as the cutting edge becomes blunter. According to the methods used to date, this force is mainly determined on the workpiece. However, this method is very complex, since only the force component exerted by the tool on the workpiece is decisive.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Schärfe der Schneiden von Gewindeschneid- oder Bohrwerkzeugen durch eine werkzeugseitige Aktionsmoment- oder Aktionskraftmessung zu überwachen, wobei die Meß- und Überwachungseinrichtung ebenso einfach vom Automaten austauschbar sein soll wie ein Werkzeug.It is therefore the object of the invention to monitor the sharpness of the cutting edges of thread cutting or drilling tools by means of an action torque or action force measurement on the tool side, whereby the measuring and monitoring device should be just as easy to replace from the machine as a tool.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung bei einem Gewindeschneid- oder Bohrfutter vollständig im Futter integrierte Einrichtungen zum Messen des auftretenden Torsionsmoments oder der Axialkraft und zur drahtlosen Übertragung dieses Meßwerts zu einer externen Auswerte- und Steuereinheit vor. Diese Größen, welche ein Maß für die Schärfe der Schneiden von Gewindeschneid- oder Bohrwerkzeugen darstellen, sind bei einer Aktionsmessung unabhängig von der Wirkrichtung am Werkstück. Da sämtliche Einrichtungen zur Erfassung dieser Größen sowie zur Weiterleitung des Meßergebnisses im Futter integriert sind, bildet dieses Futter, wie bisher, ein separates Teil. Es kann vom Automaten wie ein Werkzeug in die Werkzeugaufnahme eingesetzt oder daraus gelöst werden. Während des Arbeitsvorgangs rotieren sämtliche Teile des Futters mit. Insbesondere ist kein feststehender, am Roboterarm zu installierender Teil zur Energiezufuhr oder zum Abgriff des Meßwerts nötig. Dadurch wird der Roboterarm in seiner Bewegungsfreiheit nicht behindert. Das Futter weist eine zylindrische Ausnehmung auf, in welcher die Meß- und Übertragungseinrichtungen eingegossen sind.For this purpose, the invention provides for devices that are fully integrated in a thread cutting or drilling chuck for measuring the torsional moment or axial force that occurs and for wirelessly transmitting this measured value to an external evaluation and control unit. These values, which represent a measure of the sharpness of the cutting edges of thread cutting or drilling tools, are independent of the direction of action on the workpiece during an action measurement. Since all devices for recording these values and for forwarding the measurement result are integrated in the chuck, this chuck forms a separate part, as before. It can be inserted into or removed from the tool holder by the machine like a tool. During the work process, all parts of the chuck rotate. In particular, no fixed part to be installed on the robot arm is required to supply energy or to pick up the measured value. This means that the robot arm is not restricted in its freedom of movement. The chuck has a cylindrical recess in which the measuring and transmission devices are cast.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß das Torsionsmoment oder die Axialkraft, welche eine Verformung des Futters hervorruft, in auf den Futtermantel applizierten Dehnungs-Furthermore, the invention provides that the torsional moment or the axial force, which causes a deformation of the lining, is converted into expansion

meßstreifen eine Widerstandsänderung bewirkt. Dehnungsmeßstreifen sind Sensoren zur Messung von Längenänderungen, welche mit einer kleinen räumlichen Ausdehnung ein genügendes Auflösungsvermögen verbinden. Da der Mantel des Futters sämtliche Kräfte und Momente überträgt, verformt er sich dementsprechend. Die Dehnung oder Stauchung und Verdrillung sind dabei näherungsweise proportional zur Axialkraft bzw. zum Torsionsmoment. Auch treten am Mantel bei Torsionen die größten Dehnungen auf.strain gauges cause a change in resistance. Strain gauges are sensors for measuring changes in length, which combine a small spatial expansion with sufficient resolution. Since the casing of the chuck transfers all forces and moments, it deforms accordingly. The stretching or compression and twisting are approximately proportional to the axial force or the torsional moment. The greatest stretching also occurs on the casing during torsions.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die Dehnungsmeßstreifen in einer rillenförmigen Verjüngung des Futtermantels angeordnet sind. Insgesamt muß das Futter relativ stabil gebaut sein, damit es sich bei an diesem angreifenden Kräften möglichst wenig verformt. Nur so lassen sich beispielsweise Einsenkungen mit einer vorgegebenen Tiefe exakt herstellen. Zur Messung von Torsionsmoment oder Axialkraft ist jedoch eine möglichst große Verformung wünschenswert, um den Meßwert gut auflösen zu können. Deshalb sind die Dehnungsmeßstreifen innerhalb einer Rille angeordnet, in deren Bereich der Futtermantel einen möglichst geringen Querschnitt aufweist. Dennoch muß natürlich eine ausreichende Belastungsreserve des Futters gegeben sein. Im Bereich dieser Rille tritt aufgrund des geringen Mantelquerschnitts eine relativ hohe mechanische Spannung auf.Another feature of the invention is that the strain gauges are arranged in a groove-shaped taper of the lining jacket. Overall, the lining must be built relatively sturdily so that it deforms as little as possible when forces act on it. This is the only way to create, for example, depressions with a specified depth precisely. However, to measure torsional moment or axial force, the greatest possible deformation is desirable in order to be able to resolve the measured value well. Therefore, the strain gauges are arranged within a groove in the area of which the lining jacket has the smallest possible cross-section. Nevertheless, there must of course be sufficient load reserve in the lining. In the area of this groove, a relatively high mechanical stress occurs due to the small jacket cross-section.

Diese Spannung ruft eine große Verformung hervor. Die dabei auftretende Dehnung ist proportional zu der Spannung und mit dieser über den Elastizitätsmodul verknüpft. Diese Dehnung kann von den Dehnungsstreifen problemlos ausgewertet werden, führt aber andererseits wegen der geringen BreiteThis stress causes a large deformation. The resulting strain is proportional to the stress and linked to it via the elastic modulus. This strain can be easily evaluated by the stretch marks but on the other hand, due to the small width

der Rille kaum zu einer nennenswerten Längenänderung des Futters.the groove hardly leads to any significant change in the length of the lining.

Bei einem Gewindefutter sieht die Erfindung vor, daß am Umfang des Futters, um einen Winkel von 45° gegenüber der Längsachse des Futters in beiden Rotationsrichtungen verdreht, mindestens je ein Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist. Zur Kontrolle der Schärfe von Gewindeschneidwerkzeugen muß das auch im Futter auftretende Torsionsmoment überwacht werden. Dieses ruft eine Verdrillung des Bohrfutters, insbesondere in der rillenförmigen Vertiefung hervor. Dabei ist die gegenseitige Verdrehung zweier von der Längsachse des Futters rechtwinklig durchsetzter Schnittebenen proportional zu ihrem Abstand. Alle Punkte, welche sich auf einer solchen von der Längsachse des Futters rechtwinklig durchsetzten Schnittebene befinden, erfahren dabei jedoch überhaupt keine gegenseitige Lageveränderung. Aus diesem Grund kann ein quer zur Längsrichtung des Futters angeordneter Dehnungsmeßstreifen nicht wirksam sein. Aber auch ein in Längsrichtung des Futters angeordneter Dehnungsmeßstreifen registriert kaum eine Dehnung, da die Verdrillung des Futters nicht zu einer gleichzeitigen Stauchung oder Dehnung in Längsrichtung führt. Vielmehr liegt die wirksamste Orientierung der Dehnungsmeßstreifen zwischen diesen Extremfällen, und zwar genau bei einem Winkel von 45° gegenüber der Längsrichtung des Futters. Theoretisch läßt sich mit einem einzigen Dehnungsmeßstreifen ein in beiden Rotationsrichtungen wirkendes Torsionsmoment feststellen. In der einen Drehrichtung führt die Verdrillung des Futters zu einer Dehnung des Meßstreifens und damit zu einer Erhöhung des Widerstands. Verdrillt sich das Futter in der anderenIn the case of a thread chuck, the invention provides that at least one strain gauge is arranged on the circumference of the chuck, rotated by an angle of 45° in both directions of rotation relative to the longitudinal axis of the chuck. In order to check the sharpness of thread cutting tools, the torsional moment that also occurs in the chuck must be monitored. This causes the drill chuck to twist, particularly in the groove-shaped recess. The mutual twisting of two cutting planes that are perpendicular to the longitudinal axis of the chuck is proportional to their distance. However, all points that are located on such a cutting plane that is perpendicular to the longitudinal axis of the chuck do not experience any mutual change in position. For this reason, a strain gauge arranged transversely to the longitudinal direction of the chuck cannot be effective. But even a strain gauge arranged in the lengthwise direction of the chuck hardly registers any stretching, since the twisting of the chuck does not lead to a simultaneous compression or stretching in the lengthwise direction. Rather, the most effective orientation of the strain gauges is between these extreme cases, namely at exactly an angle of 45° to the lengthwise direction of the chuck. Theoretically, a torsional moment acting in both directions of rotation can be determined with a single strain gauge. In one direction of rotation, the twisting of the chuck leads to a stretching of the measuring strip and thus to an increase in the resistance. If the chuck twists in the other

Rotationsrichtung, so wird der Dehnungsmeßstreifen gestaucht und dessen Widerstand verringert. Jedoch ist es zur Erhöhung der Auswertegenauigkeit vorteilhaft, mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen zu verwenden, welche gegeneinander um 90° verdreht sind. Jede Verdrillung führt somit zu einer Erhöhung des Widerstand eines Dehnungsstreifens und gleichzeitig zur Verringerung des Widerstands des anderen. If the direction of rotation is changed, the strain gauge is compressed and its resistance is reduced. However, to increase the accuracy of the evaluation, it is advantageous to use at least two strain gauges that are rotated by 90° relative to each other. Each twist thus leads to an increase in the resistance of one strain gauge and at the same time to a reduction in the resistance of the other.

Bei einem Bohrfutter entspricht es der erfindungsgemäßen Lehre, daß am Umfang des Futters in Richtung dessen Längsachse sowie quer zu dieser Richtung mindestens je ein Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist. Zur Kontrolle der Schärfe von Bohrwerkzeugen ist die in Längsrichtung des Futters wirkende Kraft zu erfassen. Diese bewirkt in der rillenförmigen Vertiefung eine Stauchung in Längsrichtung des Futters. Diese Stauchung kann mit einem Dehnungsmeßstreifen, der parallel zur Längsachse des Futters angeordnet ist, registriert werden, wobei sich der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens bei einer Stauchung verringert.In the case of a drill chuck, it corresponds to the teaching of the invention that at least one strain gauge is arranged on the circumference of the chuck in the direction of its longitudinal axis and transversely to this direction. To check the sharpness of drilling tools, the force acting in the longitudinal direction of the chuck must be recorded. This causes a compression in the groove-shaped depression in the longitudinal direction of the chuck. This compression can be recorded with a strain gauge that is arranged parallel to the longitudinal axis of the chuck, whereby the resistance of the strain gauge decreases when it is compressed.

Gleichzeitig zur Stauchung in Längsrichtung des Futters erfolgt aufgrund der Querdehnung eine Ausdehnung desselben in Umfangsrichtung. Zur Erfassung dieser Ausdehnung dient ein senkrecht zum ersten Dehnungsmeßstreifen angeordneter zweiter Dehnungsmeßstreifen.At the same time as the chuck is compressed in the longitudinal direction, it expands in the circumferential direction due to the transverse expansion. A second strain gauge arranged perpendicular to the first strain gauge is used to record this expansion.

Ein erfindungsgemäßes Futter mit je zwei Dehnungsmeßstreifen, welche im selben Winkel zur Längsachse des Futters ausgerichtet sind, kennzeichnen sich dadurch aus, daß die Dehnungsmeßstreifen mit demselben Winkel zur Längsachse des Futters bezüglich dieser Achse diametral gegenüberliegendA chuck according to the invention with two strain gauges each, which are aligned at the same angle to the longitudinal axis of the chuck, is characterized in that the strain gauges are arranged at the same angle to the longitudinal axis of the chuck and are diametrically opposite to this axis

angeordnet sind. Im Gegensatz zur Verwendung von zwei senkrecht zueinander orientierten Dehnungsmeßstreifen, welcher den Zweck verfolgt, eine Kompensation der Wärmeausdehnung hervorzurufen, unter deren Einfluß sich beide Widerstandswerte gleichsinnig ändern, kann mit der Verwendung von je zwei diametral gegenüberliegenden Dehnungsmeßstreifen erreicht werden, daß Verbiegungen im Futter keine falschen Meßergebnisse liefern. Eine reine Verbiegung des Gewindeschneidfutters führt im Gegensatz zu einer Verdrillung zu einer gleich großen Widerstandserhöhung um den selben Wert in den Dehnungsmeßstreifen an der Außenseite und zu einer ebenfalls gleichsinnigen Widerstandsänderung in den Dehnungsmeßstreifen an der Innenseite der Biegung. Bei einem Bohrfutter ruft eine Biegung in den parallel zur Längsrichtung des Futters orientierten, diametral zu dieser Achse gegenüberliegenden Dehnungsmeßstreifen im Gegensatz zu der gleichsinnigen Widerstandsänderung bei einer reinen Stauchung des Futters zu einer gegensinnigen, sich gegenseitig kompensierenden Widerstandsänderung. Ein ähnlicher Mechanismus wirkt auf die senkrecht dazu orientierten, die Querkontraktion registrierenden Dehnungsmeßstreifen.are arranged. In contrast to the use of two strain gauges oriented perpendicular to each other, which has the purpose of compensating for thermal expansion, under the influence of which both resistance values change in the same direction, the use of two diametrically opposed strain gauges can ensure that bends in the chuck do not produce incorrect measurement results. In contrast to twisting, a pure bending of the thread cutting chuck leads to an increase in resistance of the same value in the strain gauges on the outside and to a change in resistance in the same direction in the strain gauges on the inside of the bend. In a drill chuck, a bend in the strain gauges oriented parallel to the longitudinal direction of the chuck and diametrically opposite this axis causes an opposite, mutually compensating change in resistance, in contrast to the change in resistance in the same direction in the case of a pure compression of the chuck. A similar mechanism acts on the strain gauges oriented perpendicularly to it, which register the transverse contraction.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Widerstände der Dehnungsmeßstreifen in die Brückenzweige einer Wheatstone'sehen Brücke geschalten sind. Eine Wheatstone'sehe Meßbrücke ist eine bewährte Schaltungsvariante zur Umsetzung relativer Widerstandsänderungen in ein Strom- oder Spannungssignal. Bei Anliegen einer Versorgungsspannung ist die Spannung im Querzweig oder bei einer leitenden Verbindung der Strom im Querzweig dann null, wenn das Widerstandsverhältnis der Widerstände in beiden SpannungsteilernIt is within the scope of the invention that the resistances of the strain gauges are connected in the bridge branches of a Wheatstone bridge. A Wheatstone bridge is a proven circuit variant for converting relative resistance changes into a current or voltage signal. When a supply voltage is applied, the voltage in the shunt branch or, in the case of a conductive connection, the current in the shunt branch is zero if the resistance ratio of the resistances in both voltage dividers

gleich groß ist. Man nutzt diese Tatsache, indem man für alle vier Widerstände gleiche Nennwerte einsetzt. Solange sich die Widerstandswerte nicht ändern, fließt kein Strom im kurzgeschlossenen Querzweig. Jede Widerstandsänderung nur eines einzigen Widerstands löst einen bestimmten Stromfluß im Querzweig aus. Ändern sich zwei, in diagonal gegenüberliegenden Brückzweigen angeordnete Widerstände gleichsinnig, tritt ein doppelt so hoher Strom im Querzweig auf. Eine ähnliche Wirkung ergibt sich, wenn zwei, in benachgbarten Brückenzweigen liegende Widerstände sich gegensinnig ändern. Ändern sich jedoch alle vier Widerstände um denselben Wert, so bleibt der Strom im Querzweig trotz allem null. Je nachdem, welches Meßsignal zur weiteren Auswertung benötigt wird, läßt sich durch Auftrennen des Meßzweigs die zwischen den beiden Spannungsteilern auftretende Spannung oder durch eine leitende Verbindung zwischen diesen Punkten der Strom im Querzweig abgreifen.is the same size. This fact is used by using the same nominal values for all four resistors. As long as the resistance values do not change, no current flows in the short-circuited shunt branch. Every change in the resistance of just one resistor triggers a certain current flow in the shunt branch. If two resistors arranged in diagonally opposite bridge branches change in the same direction, the current in the shunt branch is twice as high. A similar effect occurs if two resistors in adjacent bridge branches change in opposite directions. However, if all four resistors change by the same amount, the current in the shunt branch remains zero despite everything. Depending on which measuring signal is required for further evaluation, the voltage occurring between the two voltage dividers can be tapped by separating the measuring branch or the current in the shunt branch can be tapped by a conductive connection between these points.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Widerstand desjenigen Dehnungsmeßstreifens an einen gemeinsamen Netzwerkknoten mit dem Widerstand eines ersten Dehnungsmeßstreifens angeschlossen ist, welcher nach einer Verschiebung entlang des Umfangs des Futters um den Zwischenwinkel eine zu dem ersten Dehnungsmeßstreifen senkrechte Orientierung aufweist. Unabhängig von der Torsions- oder Axialkraftrichtung erfahren je zwei derartig am Futter angeordnete Dehnungsmeßstreifen eine entgegensetzte Widerstandsänderung. Obwohl natürlich auch nur ein einziger Dehnungsmeßstreifen in der Wheatstone'sehen Brücke geschaltet sein kann, welcher dann an jeder beliebigen Position angeschlossen sein kann, ist die Amplitude desAn advantageous development of the invention is that the resistance of the strain gauge is connected to a common network node with the resistance of a first strain gauge, which after being displaced along the circumference of the chuck by the intermediate angle has a perpendicular orientation to the first strain gauge. Regardless of the torsional or axial force direction, two strain gauges arranged in this way on the chuck experience an opposite change in resistance. Although of course only a single strain gauge can be connected in the Wheatstone bridge, which can then be connected at any position, the amplitude of the

Signals im Querzweig etwa doppelt so hoch, wenn zwei Dehnungsmeßstreifen mit entgegengesetzter Widerstandsänderung in zwei benachbarten Brückzweigen angeordnet sind. Gegenüber diesem Verfahren läßt sich die Größe des Signals im Querzweigs noch einmal um den Faktor zwei verdoppeln, wenn insgesamt vier veränderliche Widerstände eingesetzt sind, welche nach der obigen Vorschrift zusammengeschalten sind. Eine Temperaturänderung des Futters führt zu einer gleichsinnigen Widerstandsänderung aller vier Dehnungsmeßstreifen und hat somit einen äußerst geringen Einfluß auf das Signal im Querzweig der Wheatstone'sehen Brücke. Um die Amplitude des Meßwertes vollständig temperaturabhängig zu machen, kann in jedem Brückenzweig zusätzlich ein Kompensationswiderstand mit entgegengesetzt gerichtetem Temperaturkoeffizienten in Reihe mit dem Dehnungsmeßwiderstand geschalten sein. Die Dehnung infolge der Torsion beim Gewindeschneiden führt zu gleichsinnigen Widerstandsänderungen in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen, aber zu entgegensetzt gerichteten Widerstandsänderungen in den Widerständen, welche benachbart angeordnet sind. Ein auf das Futter wirkendes Biegemoment erzeugt eine der Torsionsdehnung überlagerte, mit der Rotationsfrequenz des Futters schwankende Dehnung bzw. Stauchung. Aufgrund ihrer Orientierung in einem Winkel von 45° zur Längsachse des Futters wirkt auf jeden Dehnungsmeßstreifen sowohl die Dehnung bzw. Stauchung aufgrund der Biegung als auch die aus der Biegung resultierende Querkraftdehnung bzw. -Stauchung. Beide Deffekte kompensieren sich jedoch nur teilweise, da die Querkontraktion im allgemeinen eine kleinere Längenänderung hervorruft. Die Widerstandsänderungen infolge der Biegung sind bei den an derThe signal in the shunt branch is about twice as high if two strain gauges with opposite resistance changes are arranged in two adjacent bridge branches. Compared to this method, the size of the signal in the shunt branch can be doubled by a factor of two if a total of four variable resistors are used, which are connected together according to the above rule. A change in the temperature of the lining leads to a change in resistance in the same direction in all four strain gauges and thus has an extremely small influence on the signal in the shunt branch of the Wheatstone bridge. In order to make the amplitude of the measured value completely dependent on temperature, a compensation resistor with an oppositely directed temperature coefficient can also be connected in series with the strain gauge resistor in each bridge branch. The stretching due to torsion during thread cutting leads to resistance changes in the same direction in diagonally opposite bridge branches, but to resistance changes in the opposite direction in the resistors which are arranged next to them. A bending moment acting on the chuck produces an extension or compression which is superimposed on the torsional extension and which fluctuates with the rotation frequency of the chuck. Due to their orientation at an angle of 45° to the longitudinal axis of the chuck, each strain gauge is affected by both the extension or compression due to the bending and the transverse force extension or compression resulting from the bending. However, both defects only partially compensate each other, since the transverse contraction generally causes a smaller change in length. The resistance changes due to the bending are

selben Seite des Futters angeordneten Dehnungsmeßstreifen gleichgerichtet und etwa gleich groß, bei den diametral zur Längsachse des Futters gegenüberliegend angeordneten Dehnungsmeßstreifen zwar auch gleich groß, jedoch entgegengesetzt gerichtet. Je nach der Schaltung der Dehnungsmeßstreifen in der Wheatstone'sehen Brücke ergeben sich somit gleichsinnige Widerstandsänderungen entweder in der oberen oder unteren Brückenhälfte oder im linken oder rechten Spannungsteiler. Sie wirken sich entweder gleichartig auf beide Spannungsteiler aus oder ändern zwar den Gesamtwiderstand jedes Spannungsteilers, lassen dessen Verhältnis jedoch nahezu unverändert. In beiden Fällen ist die Auswirkung auf das Signal im Querzweig sehr gering. Während sich also die von der Torsion hervorgerufenen Widerstandsänderungen aller vier Dehnungsmeßstreifen in der Wheatstone 'sehen Brücke addieren, wird die Widerstandsänderung aufgrund einer Temperaturänderung des Futters vollständig und die Widerstandsänderung aufgrund einer Biegung derselben nahezu vollständig kompensiert. Darüber hinaus kann der dem Biegemoment entsprechende Wechselanteil des Signals mit einem Tiefpaß herausgefiltert werden. Bei einem Bohrfutter hat eine Befolgung der obigen Schaltungsvorschrift zur Folge, daß die eine Kontraktion in Längsrichtung des Futters registrierenden Dehnungsmeßstreifen den diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen angeschlossen sind, während die in Richtung der Querkontraktion gedrehten Dehnungsmeßstreifen in den anderen beiden, ebenfalls einander diagonal gegenüberliegenden Zweigen der Wheatstone'sehen Brücke liegen. Bei einer Druckkraft in Axialrichtung verringert sich aufgrund der Stauchung der Widerstand der in Längsrichtung des Futters angeordneten Dehnungsmeßstreifen.The strain gauges arranged on the same side of the chuck are aligned in the same direction and approximately the same size, while the strain gauges arranged diametrically opposite to the longitudinal axis of the chuck are also the same size but in the opposite direction. Depending on the connection of the strain gauges in the Wheatstone bridge, resistance changes in the same direction occur either in the upper or lower half of the bridge or in the left or right voltage divider. They either have the same effect on both voltage dividers or change the total resistance of each voltage divider but leave its ratio almost unchanged. In both cases, the effect on the signal in the shunt branch is very small. While the resistance changes of all four strain gauges in the Wheatstone bridge caused by torsion are added together, the resistance change due to a change in the temperature of the chuck is completely compensated and the resistance change due to bending of the chuck is almost completely compensated. In addition, the alternating component of the signal corresponding to the bending moment can be filtered out using a low-pass filter. In a drill chuck, following the above circuit instructions results in the strain gauges registering a contraction in the longitudinal direction of the chuck being connected to the diagonally opposite bridge branches, while the strain gauges rotated in the direction of the transverse contraction are located in the other two branches of the Wheatstone bridge, which are also diagonally opposite one another. When there is a compressive force in the axial direction, the resistance of the strain gauges arranged in the longitudinal direction of the chuck is reduced due to the compression.

Quer dazu dehnt sich das Futter jedoch etwas aus, so daß in den anderen beiden Dehnungsmeßstreifen eine Widerstandserhöhung eintritt. In der Wheatstone'sehen Meßbrücke addieren sich diese Affekte. Wenn die Stauchung in Längsrichtung des Futters bei konstantem Volumen desselben erfolgt, ist jedoch die Dehnung senkrecht zu dieser Richtung etwa halb so groß, so daß die Widerstandsänderung in den quer zur Längsrichtung angeordneten Dehnungsstreifen etwa um den Faktor 2 geringer ist als in den beiden in Längsrichtung angeordneten Dehnungsmeßstreifen. Bei einer Biegung des Bohrfutters registrieren die in axialer Richtung angeordneten Dehnungsmeßstreifen die infolge des Biegemoments auftretende periodische Längendehnung oder -Stauchung des Futters. Die in Querrichtung hierzu angeordneten Dehnungsmeßstreifen messen den geringeren Wert der Querstauchung und -dehnung. Daher ändern sich bei einer Biegung in einem Bohrfutter, dessen Dehnungsmeßwiderstände gemäß obiger Vorschrift in die Brückenzweige einer Wheatstone 'sehen Brücke geschaltet sind, zwar auch die Widerstände der oberen oder unteren Brückhälfte oder die Widerstände je eines Spannungsteilers gleichsinnig, jedoch um einen unterschiedlichen Wert. Wie beim Gewindeschneidfutter erfolgt auch hier eine gegenseitige Kompensation der Widerstandsänderungen, jedoch verbleibt in dem Signal im Querzweig der Brücke ein größerer, auf das Biegemoment zurückführender Anteil. Dieser kann jedoch auch in diesem Fall aufgrund seiner mit Rotationsfrequenz des Futters erfolgenden Polaritätsänderung von einem nachgeschalteten Tiefpaß herausgefiltert werden.However, the chuck expands slightly across this, so that an increase in resistance occurs in the other two strain gauges. In the Wheatstone measuring bridge, these effects add up. If the compression occurs in the lengthwise direction of the chuck while the volume of the chuck remains constant, the expansion perpendicular to this direction is about half as large, so that the change in resistance in the strain gauges arranged across the lengthwise direction is about a factor of 2 less than in the two strain gauges arranged in the lengthwise direction. When the drill chuck is bent, the strain gauges arranged in the axial direction register the periodic lengthwise expansion or compression of the chuck that occurs as a result of the bending moment. The strain gauges arranged across this measure the lower value of the transverse compression and expansion. Therefore, when a drill chuck bends, the strain gauge resistors of which are connected to the bridge branches of a Wheatstone bridge in accordance with the above regulation, the resistances of the upper or lower half of the bridge or the resistances of each voltage divider change in the same direction, but by a different value. As with the thread cutting chuck, the resistance changes are mutually compensated here, but a larger portion of the signal in the transverse branch of the bridge remains, which can be traced back to the bending moment. In this case, however, this can also be filtered out by a downstream low-pass filter due to its polarity change, which occurs with the rotation frequency of the chuck.

Weiterhin zeichnet sich die Erfindung durch eine elektronische Einrichtung zur Modulation eines Trägersignals mitFurthermore, the invention is characterized by an electronic device for modulating a carrier signal with

einem zum Strom im Querzweig der Wheatstone'sehen Brücke proportionalen Wert aus. Da der Meßwert drahtlos zu einer externen Auswerte- und Steuereinheit übertragen werden soll, ist eine Aufbereitung des Meßsignals in einer Weise nötig, welche eine Verfälschung des gesendeten Signals durch äußere Einflüsse weitgehend verhindert. Es sind verschiedene Modulationsarten bekannt, welche je nach Umgebungsbedingungen und Anforderung an die Qualität des Meßwerts zum Einsatz kommen können. Natürlich kann, wenn zur Unterdrückung des auf ein Biegemoment zurückgehenden Wechselanteils im Querzweig der Wheatstone'sehen Brücke ein Tiefpaß vorgesehen ist, auch dessen Ausgangssignal einem Trägersignal aufmoduliert werden.a value proportional to the current in the transverse branch of the Wheatstone bridge. Since the measured value is to be transmitted wirelessly to an external evaluation and control unit, the measurement signal must be processed in a way that largely prevents the transmitted signal from being distorted by external influences. Various types of modulation are known, which can be used depending on the ambient conditions and the requirements for the quality of the measured value. Of course, if a low-pass filter is provided to suppress the alternating component in the transverse branch of the Wheatstone bridge that is due to a bending moment, its output signal can also be modulated onto a carrier signal.

Ein erfindungsgemäßes Futter weist mindestens zwei gleichmäßig über den Umfang des Futters verteilte Infrarotleuchtdioden auf, welche mit dem modulierten Signal angesteuert werden. Die Übermittlung des Signals mittels Infrarotleuchtdioden hat die Vorzüge, daß Infrarotleuchtdioden einen relativ hohen Wirkungsgrad von 1 bis 5 % haben, räumlich klein, problemlos in das Futtergehäuse zu integrieren und auf einfache Weise anzusteuern sind. Wegen der geringen Leistungsaufnahme wird die Energiequelle kaum belastet. Die obere Grenzfrequenz der Leuchtdioden genügt den an die Übertragung zu stellenden Anforderungen. Bei einer Entfernung von etwa drei Metern von den Infrarotleuchtdioden kann das Signal fehlerfrei empfangen werden. Die maximale Reichweite beträgt etwa sechs Meter. Auch eine Verdeckung der Lichtquelle durch ein dazwischen liegendes Teil ist für die Übertragung ohne negativen Einfluß, da durch Streulicht und Reflexionen am Empfangsgerät trotzdem ein Signal ausrei-A feed according to the invention has at least two infrared LEDs evenly distributed over the circumference of the feed, which are controlled by the modulated signal. The transmission of the signal using infrared LEDs has the advantages that infrared LEDs have a relatively high efficiency of 1 to 5%, are small in size, can be easily integrated into the feed housing and can be controlled in a simple manner. Due to the low power consumption, the energy source is hardly loaded. The upper limit frequency of the LEDs meets the requirements for transmission. At a distance of around three meters from the infrared LEDs, the signal can be received without error. The maximum range is around six meters. Even if the light source is covered by a part in between, this does not have a negative effect on the transmission, since scattered light and reflections on the receiver still produce a sufficient signal.

chender Intensität ankommt. Die begrenzte Reichweite hat weiterhin den Vorteil, daß Futter ohne Veränderung der Sendeparameter, wie z. B. der Trägerfrequenz, in räumlich benachbarten BearbextungsZentren eingesetzt werden können, ohne sich gegenseitig zu stören.The limited range also has the advantage that feeders can be used in spatially adjacent processing centers without changing the transmission parameters, such as the carrier frequency, without interfering with one another.

Eine Möglichkeit zur Versorgung des Futters mit Energie ergibt sich durch eine im Futter integrierte Spule, im welcher infolge einer sich relativ zu dieser Spule ändernden äußeren Magnetfelds eine Wechselspannung induziert wird, welche von einem Gleichrichter in Gleichspannung umgesetzt wird und als Versorgungsspannung für die integrierte Elektronik dient. Diese Methode eignet sich für die Anwendungsfälle, in denen das Futter nicht automatische ausgetauscht werden muß und eine Einrichtung zur Erzeugung des äußeren Magnetfeldes die Arbeitsmaschine nicht behindert.One way to supply the chuck with energy is to use a coil integrated in the chuck, in which an alternating voltage is induced as a result of an external magnetic field changing relative to this coil, which is converted into direct voltage by a rectifier and serves as the supply voltage for the integrated electronics. This method is suitable for applications in which the chuck does not have to be replaced automatically and a device for generating the external magnetic field does not hinder the working machine.

Eine im allgemeinen günstigere Energieversorgung bildet eine im Futter integrierte, auswechselbare Batterie, welche die Betriebsspannung für die integrierte Elektronik liefert. Das Futter ist dadurch an keinerlei äußere Einrichtungen gebunden und kann genauso wie ein passives Werkzeug gehandhabt, insbesondere automatisch ausgetauscht werden. Die Bewegungsfreiheit von Roboterarmen wird durch kein zusätzliches Teil eingeschränkt. Ein in größeren Zeitabständen nötig werdender Batteriewechsel ist in etwa fünf Minuten erfolgt und kann vom Bedienpersonal zu geeigneter Zeit durchgeführt werden, so daß deswegen der Arbeitsprozeß nicht unterbrochen werden muß.A generally more economical energy supply is a replaceable battery integrated into the chuck, which provides the operating voltage for the integrated electronics. The chuck is therefore not tied to any external devices and can be handled just like a passive tool, and in particular can be replaced automatically. The freedom of movement of robot arms is not restricted by any additional parts. A battery change, which is necessary at longer intervals, can be completed in around five minutes and can be carried out by the operating personnel at a suitable time, so that the work process does not have to be interrupted.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß im Batteriezweig der Wheatstone'sehen Brücke sowie der Sendeeinrichtung ein vonThe invention further provides that in the battery branch of the Wheatstone bridge and the transmitter a

außen drahtlos aktivierbarer elektronischer Schalter vorgesehen ist. Da die Widerstände der Dehnungsmeßstreifen relativ niederohmig sind, verbraucht vor allem die Wheatstone'sche Meßbrücke relativ viel Energie. Um die Batterie zu entlasten, ist deshalb ein von außen aktivierbarer Schalter vorgesehen, welcher die Messung und das Senden des Signals ein- und/oder ausschaltet. Im unbenutzten Zustand kann der Teil der Elektronik mit dem größten Stromverbrauch abgeschalten werden. Darüber hinaus können die Messungen, wenn das im erfindungsgemäßen Futter eingesetzte Werkzeug in Eingriff ist, in bestimmten Zeitabständen durchgeführt werden. Da der primäre Zweck des Futters die Überwachung der Schärfe der Schneide von Werkzeugen ist, welche sich relativ langsam ändert, erfüllt auch eine intervallweise Messung diesen Zweck.an externally wirelessly activated electronic switch is provided. Since the resistance of the strain gauges is relatively low, the Wheatstone measuring bridge in particular consumes a relatively large amount of energy. In order to reduce the load on the battery, an externally activated switch is provided, which switches the measurement and the transmission of the signal on and/or off. When not in use, the part of the electronics with the greatest power consumption can be switched off. In addition, when the tool used in the chuck according to the invention is engaged, the measurements can be carried out at certain time intervals. Since the primary purpose of the chuck is to monitor the sharpness of the cutting edge of tools, which changes relatively slowly, an interval-based measurement also serves this purpose.

Das erfindungsgemäße Futter umfaßt weiterhin ein Zeitglied, welches den elektronischen Schalter nach seiner Aktivierung, um eine Zeitspanne verzögert, wieder öffnet. Dieses Zeitglied dient ebenfalls der Erhöhung der Lebensdauer der Batterie. Ein Ausschaltsignal des Schalters muß nicht mehr drahtlos auf das Futter übertragen werden, sondern wird in diesem automatisch erzeugt, wenn innerhalb einer gewissen Zeitspanne kein weiteres Einschaltsignal empfangen wurde.The chuck according to the invention also includes a timer, which opens the electronic switch again after it has been activated, after a certain period of time. This timer also serves to increase the life of the battery. A switch-off signal from the switch no longer has to be transmitted wirelessly to the chuck, but is automatically generated in the chuck if no further switch-on signal has been received within a certain period of time.

Somit ist ein unbenutztes Futter mit Sicherheit ausgeschalten, wodurch eine den Stromverbrauch erhöhende Anzeige des Schaltzustands am Futter entfallen kann.This means that an unused chuck is switched off with certainty, which means that there is no need to display the switching status on the chuck, which increases power consumption.

Schließlich umfaßt die Erfindung die Möglichkeit, daß mindestens zwei gleichmäßig über den Umfang des Futters verteilte Infrarotempfangsdioden zum Empfang von Steuersigna-Finally, the invention includes the possibility of at least two infrared receiving diodes evenly distributed over the circumference of the feed for receiving control signals.

len von einer externen Steuereinheit angebracht sind. Zweckmäßigerweise wird aus dem Ausgangssignal der Infrarotempfangsdioden der Anteil herausgesiebt, welcher dem Streu- und Reflexionslicht des von den futtereigenen Sendedioden ausgehenden Signals entspricht. Dieses gesiebte Ausgangssignal der Infrarotempfangsdioden kann sodann zum Einschalten des elektronischen Schalters sowie zum Start des Zeitglieds benutzt werden.len from an external control unit. It is advisable to filter out the portion of the output signal from the infrared receiving diodes that corresponds to the scattered and reflected light of the signal emitted by the feed's own transmitting diodes. This filtered output signal from the infrared receiving diodes can then be used to switch on the electronic switch and to start the timer.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment of the invention and from the drawing. Herein:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Futter im Querschnitt,Fig. 1 a chuck according to the invention in cross section,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Fig. 1 entlang der Linie II-II,Fig. 2 is a section through Fig. 1 along the line II-II,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Gewindeschneidfutters nach Entfernung des die Leuchtdioden enthaltenden Teils,Fig. 3 is a perspective view of a part of a thread cutting chuck according to the invention after removal of the part containing the LEDs,

Fig. 4 denselben Ausschnitt wie Fig. 3, jedoch für ein Bohrfutter, undFig. 4 the same section as Fig. 3, but for a drill chuck, and

Fig. 5 die Prinzipschaltung einer Wheatstone'sehenFig. 5 shows the basic circuit of a Wheatstone

Brücke.
30Bridge.
30

Das in Fig. 1 dargestellte Futter 1 besteht aus dem Futterschaft 2, der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung 3 und demThe chuck 1 shown in Fig. 1 consists of the chuck shaft 2, the measuring device 3 according to the invention and the

Futterkörper 4. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind Futterschaft 2 und Futterkörper 4 separate Teile, welche auch ohne die dazwischen angeordnete MeßeinrichtungChuck body 4. In the embodiment shown in Fig. 1, the chuck shaft 2 and chuck body 4 are separate parts, which can also be used without the measuring device arranged between them.

3 betrieben werden können. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung 3 besteht aus einem zylindrischen, an einer Stirnseite3 can be operated. The measuring device according to the invention 3 consists of a cylindrical, on one end

4 geschlossenen Gehäuse 5. Seine offene Stirnseite 6 ist von einem Flansch 7 verschlossen, der mit dem Mantel 8 des Gehäuseteils 5 an mindestens drei Stellen 9 verschraubt ist. An der Stirnseite 4 des Gehäuseteils 5 sowie an der Stirnseite 10 des Gehäuseteils 7 ist je ein Kupplungsstück 11, 12 vorhanden. Da der Futterkörper 4 auch direkt in den Futterschaft 2 eingesetzt werden kann, sind die beiden Kupplungen 11 und 12 zueinander kongruent. Im Inneren des zylinderförmigen Gehäuseteils 5 befindet sich ein zylinderförmiger Hohlraum 13, in welchem sich die Elektronik 14 sowie ein Batteriefach 15 befindet. Der verbleibende Restraum der Öffnung 13 ist mit einer Masse 16 ausgegossen. Im Mantel 8 des Gehäuseteils 5 ist ein Gebiet 17 von geringerem Außendurchmesser vorgesehen, über welches eine Hülse geschoben ist. Deren Außenfläche 19 fluchtet mit der Außenseite 20 des zylinderförmigen Gehäuseteils 5. In der Hülse 18 sind Öffnungen vorhanden, in welche je zwei diametral gegenüberliegende Infrarotsendedioden 21 und Infrarotempfangsdioden 22 eingesetzt sind. Unterhalb der Hülse 18 befindet sich im Mantel 8 eine zusätzliche, rillenförmige Vertiefung 23. In dem zwischen der Hülse 18 und der rillenförmigen Vertiefung 23 entstehenden spaltenförmigen Hohlraum 24 sind diametral gegenüber je zwei Dehnungsmeßstreifen 25 angebracht. In Fig. 3 ist ein Ausschnitt der Außenfläche 20 des Mantels 8 des Gehäuseteils 5 eines erfindungsgemäßen Gewindeschneidfutters 1 im Bereich der4 closed housing 5. Its open front side 6 is closed by a flange 7, which is screwed to the casing 8 of the housing part 5 at least three points 9. There is a coupling piece 11, 12 on the front side 4 of the housing part 5 and on the front side 10 of the housing part 7. Since the chuck body 4 can also be inserted directly into the chuck shaft 2, the two couplings 11 and 12 are congruent with each other. Inside the cylindrical housing part 5 there is a cylindrical cavity 13, in which the electronics 14 and a battery compartment 15 are located. The remaining space of the opening 13 is filled with a mass 16. In the casing 8 of the housing part 5 there is an area 17 of smaller external diameter, over which a sleeve is pushed. Its outer surface 19 is flush with the outside 20 of the cylindrical housing part 5. There are openings in the sleeve 18, into which two diametrically opposed infrared transmitting diodes 21 and infrared receiving diodes 22 are inserted. Below the sleeve 18, there is an additional groove-shaped recess 23 in the casing 8. In the gap-shaped cavity 24 created between the sleeve 18 and the groove-shaped recess 23, two strain gauges 25 are mounted diametrically opposite each other. Fig. 3 shows a section of the outer surface 20 of the casing 8 of the housing part 5 of a thread cutting chuck 1 according to the invention in the area of the

rillenförmigen Vertiefung 23 vergrößert gezeichnet. Man erkennt, daß die aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen 25 mit der Längsachse 26 des Futters 1 einen Winkel von 45° und 135° einschließen und somit zueinander senkrechte 27 Wirkrichtung aufweisen. Wenn an dem Gewindeschneidfutter die entgegengesetzt gerichteten Drehmomente 28 und 29 angreifen, verdrillt sich das Gewindeschneidfutter 1 besonders in dem Bereich 23 minimalen Querschnitts, in Richtung der Pfeile 30 und 31. Dadurch erhöht sich der Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens 32, wogegen sich der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 33 verringert. Verbiegt sich dagegen das Gewindeschneidfutter 1 im Bereich der rillenförmigen Vertiefung 23, so daß im dargestellten Bereich des Mantels 8 zusätzlich eine Zugkraft in Richtung der Längsachse 26 wirkt, erzeugt die Längenausdehnung in beiden Dehnungsmeßstreifen 32 und 33 eine Widerstandserhöhung. Die Querkontraktion wirkt dieser Widerstandsänderung zwar entgegen, kann sie jedoch nicht vollständig ausgleichen. In Fig. 4 ist ein Bohrfutter 1 gezeigt, bei dem die Dehnungsmeßstreifen 34 und 35 bei ansonsten unveränderter Anordnung so gedreht sind, daß der Dehnungsmeßstreifen 34 eine Widerstandsänderung erfährt, wenn das Bohrfutter 1 im Bereich der Vertiefung 23 in Richtung der Längsachse 26 gedehnt oder gestaucht wird und der Dehnungsmeßstreifen 35 ausschließlich auf die hierdurch hervorgerufene Querkontraktion anspricht. Wenn, wie dies bei einem Bohrfutter 1 normalerweise während des Betriebs der Fall ist, axiale Schubkräfte 36 und 37 wirken, wird dadurch der Mantel im Bereich der rillenförmigen Vertiefung 23 gestaucht, wodurch sich der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 34 verringert. Gleichzeitig findetgroove-shaped depression 23 is drawn enlarged. It can be seen that the glued-on strain gauges 25 form an angle of 45° and 135° with the longitudinal axis 26 of the chuck 1 and thus have a direction of action that is perpendicular to each other. When the oppositely directed torques 28 and 29 act on the thread cutting chuck, the thread cutting chuck 1 twists, particularly in the area 23 of minimum cross-section, in the direction of arrows 30 and 31. This increases the resistance value of the strain gauge 32, whereas the resistance of the strain gauge 33 decreases. If, on the other hand, the thread cutting chuck 1 bends in the area of the groove-shaped recess 23, so that an additional tensile force acts in the direction of the longitudinal axis 26 in the area of the casing 8 shown, the longitudinal expansion in both strain gauges 32 and 33 creates an increase in resistance. The transverse contraction counteracts this change in resistance, but cannot compensate for it completely. Fig. 4 shows a drill chuck 1 in which the strain gauges 34 and 35 are rotated with the arrangement otherwise unchanged so that the strain gauge 34 experiences a change in resistance when the drill chuck 1 is stretched or compressed in the area of the recess 23 in the direction of the longitudinal axis 26 and the strain gauge 35 responds exclusively to the transverse contraction caused by this. If, as is normally the case with a drill chuck 1 during operation, axial thrust forces 36 and 37 act, the casing is compressed in the area of the groove-shaped recess 23, which reduces the resistance of the strain gauge 34. At the same time,

eine Dehnung des Mantels 8 in Umfangsrichtung statt, so daß sich der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 35 erhöht. Wird der Mantel 8 im gezeigten Bereich aufgrund einer Verbiegung des Bohrfutters 1 mit einer Zugkraft in Richtung der Längsachse 26 beaufschlagt, führt diese zu einer Erhöhung des Widerstands des Dehnungsmeßstreifens 34 und gleichzeitig aufgrund der Querkontraktion zu einer Verringerung des Widerstands des Dehnungsmeßstreifens 35. In Fig. 5 ist die prinzipielle Schaltungsanordnung einer Wheatstone'sehen Brücke 47 zu sehen. Diese besteht aus den vier Widerständen 38 bis 41, aus dem Batterienzweig 42 mit der Batterie 4 3 und dem Schalter 44 sowie einem Querzweig 45, in welchem der Strom 46 gemessen werden kann. Bei einem Gewindeschneidfutter 1 gemäß Fig. 3 entspricht beispielsweise dem Dehnungsmeßstreifen 32 der Widerstand 38 und dem Dehnungsmeßstreifen 33 dem Widerstand 39. Die Widerstände 40 und 41 können entweder durch Festwiderstände ersetzt sein oder von den zu den Dehnungsmeßstreifen 32 und 33 diametral zur Längsachse 26 gegenüberliegenden Dehnungsmeßstreifen 25 gebildet sein, wobei der Dehnungsmeßstreifen, der bei einer Torsion dieselbe Widerstandsänderung erfährt wie der Widerstand 38 des Dehnungsmeßstreifens 32, als Widerstand 41 anzuschließen ist und der restliche Dehnungsmeßstreifen 25 als Widerstand 40. Bei einer Erwärmung des Futters erhöhen sich somit sämtliche Widerstände 38 bis gleichermaßen. Hierdurch wird der Strom in allen vier Brükkenzweigen gleichzeitig etwas verringert, so daß auch der Strom 46 im Querzweig 45 höchstens betragsmäßig minimal verringert wird. Bei Verwendung von Dehnungsmeßstreifen aus halbleitendem Material verringert sich bei einer Temperaturerhöhung deren Widerstand, so daß sich einan expansion of the casing 8 in the circumferential direction takes place, so that the resistance of the strain gauge 35 increases. If the casing 8 in the area shown is subjected to a tensile force in the direction of the longitudinal axis 26 due to a bending of the drill chuck 1, this leads to an increase in the resistance of the strain gauge 34 and at the same time to a reduction in the resistance of the strain gauge 35 due to the transverse contraction. Fig. 5 shows the basic circuit arrangement of a Wheatstone bridge 47. This consists of the four resistors 38 to 41, the battery branch 42 with the battery 43 and the switch 44 as well as a transverse branch 45 in which the current 46 can be measured. In a thread cutting chuck 1 according to Fig. 3, for example, the resistance 38 corresponds to the strain gauge 32 and the resistance 39 to the strain gauge 33. The resistances 40 and 41 can either be replaced by fixed resistances or be formed by the strain gauges 25 located diametrically opposite the strain gauges 32 and 33 to the longitudinal axis 26, whereby the strain gauge that experiences the same change in resistance during torsion as the resistance 38 of the strain gauge 32 is connected as resistance 41 and the remaining strain gauges 25 as resistance 40. When the chuck is heated, all resistances 38 to 40 increase equally. This reduces the current in all four bridge branches slightly at the same time, so that the current 46 in the transverse branch 45 is also reduced minimally at most. When using strain gauges made of semiconducting material, their resistance decreases when the temperature increases, so that a

umgekehrter Effekt einstellt. Eine Torsion 28, 29 des Gewindeschneidfutters 1 bewirkt eine Widerstandserhöhung in den Widerständen 38 und 41, gleichzeitig eine ebenso große Verringerung des Widerstands in den Brückzweigen 39 und 40. Daher wird sich ein Strom durch die niedrigen Widerstände 39 und 40 einstellen, so daß der Strom 46 im Querzweig 45 negativ ist. Eine umgekehrte Torsion führt dementsprechend zu einem positiven Strom 46. Bei einer Biegung des Futters 1, bei der der Mantel 8 im Bereich der Dehnungsmeßstreifen 32 und 33 auf Zug beansprucht wird, führt zu einer Erhöhung der Widerstände 38 und 39 und gleichzeitig zu einer Verringerung der Widerstände 40 und 41. Der Gesamtwiderstand der Spannungsteiler 38 und 40 sowie 39 und 41 bleibt dabei näherungsweise konstant. Somit fließt insgesamt derselbe Strom durch die Anordnung. Die Ausgangsspannungen der beiden Spannungsteiler aus den Widerständen 38 und 40 sowie 39 und 41 ändern sich gleichsinnig und heben sich daher gegenseitig auf. Die Änderung des Stroms 46 im Querzweig 45 aufgrund einer Biegung ist daher sehr gering. Bei einem Bohrfutter 1 gemäß der Fig. 4 ist der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 34 beispielsweise im Brückenzweig 38 angeschlossen, während derjenige des Dehnungsmeßstreifens 35 im Brückenzweig 39 anliegt. Auch hier können die Widerstände 40 und 41 durch Festwiderstände ersetzt sein. Bei Verwendung zweier weiterer Dehnungsmeßstreifen 25 an der diametral gegenüberliegenden Außenseite 20 des Mantels 8 kann jedoch der parallel zum Dehnungsmeßstreifen 34 angeordnete, diametral gegenüberliegende Dehnungsmeßstreifen 25 in den Brükkenzweig 41 geschalten sein, während der Widerstand des restlichen Dehnungsmeßstreifens 25 im Brückenzweig 40the reverse effect occurs. A torsion 28, 29 of the thread cutting chuck 1 causes an increase in resistance in the resistors 38 and 41, and at the same time an equally large reduction in the resistance in the bridge branches 39 and 40. Therefore, a current will be established through the low resistors 39 and 40, so that the current 46 in the cross branch 45 is negative. A reverse torsion accordingly leads to a positive current 46. Bending of the chuck 1, in which the casing 8 is subjected to tensile stress in the area of the strain gauges 32 and 33, leads to an increase in the resistors 38 and 39 and at the same time to a reduction in the resistors 40 and 41. The total resistance of the voltage dividers 38 and 40 as well as 39 and 41 remains approximately constant. Thus, the same current flows overall through the arrangement. The output voltages of the two voltage dividers from the resistors 38 and 40 and 39 and 41 change in the same direction and therefore cancel each other out. The change in the current 46 in the transverse branch 45 due to a bend is therefore very small. In a drill chuck 1 according to Fig. 4, the resistance of the strain gauge 34 is connected, for example, in the bridge branch 38, while that of the strain gauge 35 is connected in the bridge branch 39. Here too, the resistors 40 and 41 can be replaced by fixed resistors. When using two additional strain gauges 25 on the diametrically opposite outer side 20 of the casing 8, however, the diametrically opposite strain gauge 25 arranged parallel to the strain gauge 34 can be connected to the bridge branch 41, while the resistance of the remaining strain gauge 25 in the bridge branch 40

liegt. Bei dieser Anordnung führt eine Stauchung des Bohrfutters 1 im Bereich der Vertiefung 23 zu einer Verringerung der Widerstände 38 und 41 und gleichzeitig zu einer Erhöhung der Widerstände 39 und 40. Somit wird sich ein verstärkter Stromfluß durch den Widerstand 38, den Querzweig 45 und den Widerstand 41 ergeben. Die Folge ist ein positiver Strom 46. Wird der Mantel 8 des Bohrfutters 1 im in Fig. 4 gezeigten Bereich infolge einer Biegung auf Zug beansprucht, erhöht sich der Widerstand 38 etwa um denselben Wert, um den sich der Widerstand 41 verringert. Infolge der Querkontraktion bzw. -dehnung verringert sich der Widerstand 39 etwa um denselben Wert, um den der Wert des Widerstands 40 ansteigt. Hierbei ist die Widerstandsänderung in den Widerständen 38 und 41 betragsmäßig größer als die Änderung der Widerstände 39 und 40. Somit ergibt sich in beiden Spannungsteilern eine gleichsinnige Verschiebung der Ausgangsspannung, so daß auch in diesem Fall eine teilweise Kompensation des Biegemoments eintritt. Da der Gesamtwiderstand der Wheatstone'sehen Brücke 47 etwa dem Widerstand eines Dehnungsmeßstreifens entspricht, welcher meist sehr niederohmig ist, fließt während des Betriebs ein relativ hoher Ruhestrom im Batteriezweig 42. Damit die Batterie 43 nicht zu schnell entleert wird, ist im Batteriezweig 42 ein elektronisch betätigbarer Schalter 44 vorgesehen, mit welchem die Wheatstone'sehe Brücke 47 während des Meßvorgangs an die Batterie 43 geschalten wird.In this arrangement, compression of the drill chuck 1 in the area of the recess 23 leads to a reduction in the resistances 38 and 41 and at the same time to an increase in the resistances 39 and 40. This will result in an increased current flow through the resistance 38, the transverse branch 45 and the resistance 41. The result is a positive current 46. If the casing 8 of the drill chuck 1 is subjected to tensile stress in the area shown in Fig. 4 as a result of bending, the resistance 38 increases by approximately the same amount by which the resistance 41 decreases. As a result of the transverse contraction or expansion, the resistance 39 decreases by approximately the same amount by which the value of the resistance 40 increases. Here, the change in resistance in resistors 38 and 41 is greater in magnitude than the change in resistors 39 and 40. This results in a shift in the output voltage in the same direction in both voltage dividers, so that in this case too, a partial compensation of the bending moment occurs. Since the total resistance of the Wheatstone bridge 47 corresponds approximately to the resistance of a strain gauge, which is usually very low-resistance, a relatively high quiescent current flows in the battery branch 42 during operation. To ensure that the battery 43 is not drained too quickly, an electronically actuated switch 44 is provided in the battery branch 42, with which the Wheatstone bridge 47 is connected to the battery 43 during the measuring process.

Claims

Protection claims

1. Thread cutting or drilling chuck, characterized by devices completely integrated in the chuck (1) for measuring the torsional moment or axial force occurring and for wirelessly transmitting this measured value to an external evaluation and control unit.

2. Chuck according to claim 1, characterized in that the torsional moment or the axial force which causes a deformation of the chuck (1) causes a change in resistance in strain gauges (25) applied to the chuck casing (20).

3. Lining according to claim 2, characterized in that the strain gauges (25) are arranged in a groove-shaped taper (24) of the lining jacket (8).

4. Threaded chuck according to claim 2 or 3, characterized in that at least one strain gauge (25) is arranged on the circumference (20) of the chuck (1), rotated by an angle of 45° relative to the longitudinal axis (26) of the chuck (1) in both directions of rotation.

5. Drill chuck according to claim 2 or 3, characterized in that at least one strain gauge (25) is arranged on the circumference (20) of the chuck (1) in the direction of its longitudinal axis (26) and transversely to this direction.

6. Chuck according to claim 4 or 5, each with two strain gauges, which are aligned at the same angle to the longitudinal axis of the chuck, characterized in that the strain gauges (25) are arranged at the same angle to the longitudinal axis (26) of the chuck (1) diametrically opposite with respect to this axis (26).

7. Chuck according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that the resistances of the strain gauges (25) are connected in the bridge branches (38 - 41) of a Wheatstone bridge (47).

8. Lining according to claim 7, characterized in that the resistance of that strain gauge (25) is connected to a common network node with the resistance of a first strain gauge which, after a displacement of the lining jacket (8) by the intermediate angle, has an orientation perpendicular to the first strain gauge (25).

9. Feed according to claim 8, characterized by an electronic device (14) for modulating a carrier signal with a value proportional to the current (46) in the shunt branch of a Wheatstone bridge (47).

10. Feed according to claim 9, characterized by at least two infrared light-emitting diodes (21) distributed evenly over the circumference (20) of the feed (1), which are controlled by the modulated signal.

11. Chuck according to at least one of the preceding claims, characterized by a coil integrated in the chuck, in which an alternating voltage is induced as a result of an external magnetic field changing relative to this coil, which alternating voltage is converted into direct voltage by a rectifier and serves as a supply voltage for the integrated electronics (14).

12. Chuck according to at least one of claims 1 to 10, characterized by at least one replaceable battery (43) integrated in the chuck, which supplies the operating voltage for the integrated electronics (14).

13. Feed according to claim 12, characterized in that an electronic switch (44) that can be activated wirelessly from the outside is provided in the battery branch (42) of the Wheatstone bridge (47) and the transmitting device.

14. Chuck according to claim 13, characterized by a timer which opens the electronic switch (44) after its activation, delayed by a period of time.

15. Lining according to claim 13 or 14, characterized in that at least two infrared receiving diodes evenly distributed over the circumference (20) of the lining (1)

(22) for receiving control signals from an external control unit.