EP3994535A1

EP3994535A1 - Kommunikationssystem nebst maschinenvorrichtung

Info

Publication number: EP3994535A1
Application number: EP20757583.8A
Authority: EP
Inventors: Matthias Beck; Matthias Staniek; Marius Ewald; Martin Worch
Original assignee: Zeitfracht GmbH and Co KGaA
Current assignee: Kolibri Beteiligungs GmbH and Co KGaA
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-05-11
Also published as: US20220299969A1; WO2021047859A1; CN217689850U; JP2022548536A; KR20220062571A; TW202115513A; DE102019006482A1

Abstract

Kommunikationssystem bestehend aus mindestens einer - Datenerfassungseinrichtung (94) zum Erfassen von Sensordaten bei mindestens einer für eine spanende Bearbeitung vorgesehenen Maschinenvorrichtung, vorzugsweise in Echtzeit, - Datensammeleinrichtung (102) zur Digitalisierung der erfassten Daten, und - Datenauswerteeinrichtung (122) für die gesammelten digitalisierten Daten.

Description

Kommunikationssystem nebst Maschinenvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem nebst einer, insbesondere für ein solches Kommunikationssystem vorgesehenen, Maschinenvorrich tung, insbesondere als Teil eines solchen Kommunikationssystems, in Form eines Werkzeugrevolvers oder eines Drehtisches mit einem Gehäuseteil und einem demgegenüber in vorgebbaren Winkelpositionen aus einer Frei gabestellung heraus festlegbaren Aufnahmeteil.

Durch DE 10 2009 042 772 A1 ist beispielhaft ein dahingehender Werk zeugrevolver bekannt, der eine Antriebsvorrichtung für den wahlweisen An- trieb einer Werkzeugscheibe gegenüber einem stationär angeordneten Ge häuseteil aufweist, die als schwenk- und festlegbares Aufnahmeteil für Werkzeughalter mit spanenden Bearbeitungswerkzeugen dient.

Durch DE 198 53 590 C1 ist als Maschinenvorrichtung ein Drehtisch be- kannt, der zum Erzeugen einer Klemmung im Rahmen der Indexierung von Rundschalttischen ein gegenüber einem vorzugsweise stationär angeordne ten Tischteil als schwenk- und festlegbares Aufnahmeteil für aufzuspan nende Werkstücke ein weiteres Tischteil aufweist. Die vorstehend genannten Maschinenvorrichtungen sind nur beispielhaft aufgezeigt und im Stand der Technik ist eine Vielzahl von verschiedensten Vorrichtungslösungen auf diesem Gebiet nachweisbar. In jüngster Zeit zeichnen sich im Rahmen der künstlichen Intelligenz (Kl) Zukunftsprojekte zur umfassenden Digitalisierung der industriellen Produktion ab, für die schlagwortartig die Bezeichnung „Industrie 4.0" steht. Technische Grundla gen hierfür sind intelligente und digital vernetzte Kommunikationssysteme, mit deren Hilfe weitestgehend selbstorganisierte Produktion ermöglicht werden soll. So ist die Zielvorstellung, dass Menschen, Maschinen, Anla gen, Logistik und Produkte direkt miteinander kommunizieren und koope rieren sollen, um dergestalt durch Vernetzung es zu ermöglichen, nicht mehr nur einen Produktionsschritt, sondern eine ganze Wertschöpfungs kette zu bestimmen. Im Bereich der in Rede stehenden Maschinenvorrich tungen in Form von Werkzeugrevolvern oder Drehtischen ist in dieser Rich tung bisher noch nichts entwickelt worden.

Zwar ist bei Werkzeugrevolvern klassischer Bauart bereits vorgeschlagen worden, diverse Sensordaten zu erfassen und partiell auszuwerten; allein ein modernes Kommunikationssystem, das im Rahmen der Realisierung von Industrie 4.0-Konzepten einsetzbar wäre, ist hierdurch nicht realisiert. So zeigt beispielhaft die WO 2018/099697 A1 einen Werkzeughalter zur Auf nahme von drehend antreibbaren, spanenden Bearbeitungswerkzeugen auf, der in Aufnahmen einer Werkzeugscheibe eines Werkzeugrevolvers partiell einsetzbar und an dessen Gehäuse ein Sensormodul angeordnet ist, das wiederum mit einer Sensoreinheit verbunden in einem Bereich außerhalb des Fluidkanals für die Kühlschmiermittelversorgung des jeweiligen Bear beitungswerkzeuges angeordnet im Rahmen der Störfall-Erkennung für ei nen reibungslosen Betrieb das Vorhandensein von Fluid außerhalb dieses Fluidkanals detektiert. Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikations system zu schaffen sowie zur Realisierung desselben an Maschinenvorrich tungen Schnittstellen vorzusehen, die eine reibungslose Kommunikation si cherstellen und die insbesondere die Einbindung der jeweiligen Maschinen vorrichtungen in Industrie 4.0 oder Kl-Konzepte ermöglichen.

Eine dahingehende Aufgabe löst ein Kommunikationssystem mit den Merk malen des Patentanspruchs 1 sowie eine Maschinenvorrichtung, insbeson dere als Teil eines solchen Kommunikationssystems, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.

Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem weist als Mindestausrüstung mindestens eine

Datenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Sensordaten bei min destens einer für seine spanende Bearbeitung vorgesehenen Maschi nenvorrichtung, vorzugsweise in Echtzeit, auf sowie Datensammeleinrichtung zur Digitalisierung der erfassten Daten, und

Datenauswerteeinrichtung für die gesammelten digitalisierten Daten.

Dergestalt lässt sich unter anderem eine bidirektionale Kommunikation zwi schen der Datenauswerteeinrichtung, im Folgenden kurz als IQ-Box be zeichnet, und einzelnen Datensammeleinrichtungen über ein Bussystem re alisieren. Insoweit ergibt sich ein selbstkonfigurierendes Netzwerk, d.h. die IQ-Box ist in der Lage, zu überprüfen, welche Teilnehmer in Form einzel ner Maschinenvorrichtungen auf dem Bus aktiv sind und konfiguriert dem entsprechend die einzelnen Busteilnehmer. Hieraus ergibt sich eine leichte Austauschbarkeit von Komponenten, ohne dass Servicetechniker grundle gende Konfigurationen an den Maschinenvorrichtungen und deren Steue rungen verändern müssten. Ferner kann die IQ-Box Statusdaten auf die jeweilige Datensammeleinrich tung schreiben und unter Einbindung der Cloud, vorzugsweise im Rahmen von lokalen Cloud-Servern, lässt sich von außen her, beispielsweise über den Maschinen- oder Vorrichtungshersteller, eine permanente Updatefähig keit des Systems am Ort der Aufstellung erreichen.

Die Datensammeleinrichtungen können auch selbst Statusinformationen sammeln, wie Betriebsstunden, Anzahl von Temperaturüberschreitungen o- der was sich sonst aus den mittels diverser Sensoren erfassten Sensordaten der Maschinenvorrichtung ergibt.

Des Weiteren lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssys tem eine Nahfeld-Kommunikation (NFC) verwirklichen; ein auf der RFID- Technik basierender internationaler Übertragungsstandard zum kontaktlo sen Austausch von Daten per elektromagnetischer Induktion. Auch sonstige kontaktlose Transponder-Übertragungstechniken können im Rahmen der Realisierung des Kommunikationssystems hier angewendet werden.

Weitere Funktionalitäten des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems im Rahmen des Industrie 4.0-Konzepts können die Erfassung von Nutzungs daten sein, wie das Erstellen von Bearbeitungshistogrammen, die Standzeit überwachung sowie die Erfassung von Extremwerten betreffend die Sensor datenauswertung. Des Weiteren können Werkzeug-Korrektur-daten über das Kommunikationssystem ausgelesen oder eingeschrieben werden, bei spielsweise betreffend die Aufspannlänge von Bohrern, Fräserradius- Korrek turwerten etc..

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, ein Kl-System anhand einer großen Anzahl gesammelter Daten über das Kommunikationssystem „zu trainie- ren", gegebenenfalls unter Einbezug des Erstellens eines sog. digitalen Zwil lings für jede ausgelieferte Maschinenvorrichtung, was eine Optimierung des Service- und Vertriebskonzepts erlaubt.

Grundsätzlich kann man dann bei Einhalten der üblichen Datensicherheits vorschriften über interne Maschinensteuerungen (SPS-Steuerung), aber auch extern über die Cloud unter Einsatz des erfindungsgemäßen Kommunikati onssystems die jeweilige Maschinenvorrichtung in Form des Werkzeugre volvers oder des Drehtisches von außen her ansteuern und betreuen.

Zur Realisierung einer insbesondere für das erfindungsgemäße Kommunika tionssystem geeigneten Schnittstellenanbindung ist, vorzugsweise bei einer Maschinenvorrichtung in Form des Werkzeugrevolvers oder des Drehti sches, vorgesehen, zwischen den zueinander bewegbaren Teilen zumindest ein Teil mindestens einer informations- und/oder energieführenden Übertra gungsstrecke in festgelegtem Zustand der genannten Teile aneinander aus zubilden und für einen störfreien Betrieb sowohl der Maschinenvorrichtung als auch des zuordenbaren Kommunikationssystems in der Freigabestellung zu unterbrechen.

Gemäß den Inhalten der weiteren Unteransprüche haben sich dabei dem Grunde nach zwei Schnittstellenkonzepte als besonders bedeutsam heraus kristallisiert, und zwar einmal in Form einer externen und einmal in Form einer internen Kommunikationsschnittstelle. Der Vorteil der externen Kom munikationsschnittstelle ist, dass die dahingehende Einrichtung auch bei be reits ausgelieferten Maschinenvorrichtungen nach bereits erfolgter Ausliefe rung beim Kunden zum Einsatz gebracht werden kann. Die interne Schnitt stelle hat demgegenüber den Vorteil, dass sie vor Beschädigungen von au ßen her (Kollisionsgefahr bei der Bearbeitung) geschützt ist und dergestalt können vorzugsweise auch alle relevanten Komponenten des Kommunikati onssystems in der jeweiligen Maschinenvorrichtung, auch vor Fluid, ge schützt intern verbaut werden. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Kommunikationssystem nebst zu gehöriger Maschinenvorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Da bei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Werkzeugrevolver mit einer gegenüber einem stationär angeordneten Gehäuseteil schwenkbaren Werkzeugscheibe mit einzelnen, umfangsseitig angeordneten Aufnahmen für Werkzeughalter von spanenden Bearbeitungswerkzeugen; Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den Werkzeugrevolver nach

Fig. 1;

Fig. 3 und 4 eine erste Form einer Kontaktierungseinrichtung zum Herstel len einer Übertragungsstrecke im Rahmen eines Kommunika- tionssystems, die extern am Werkzeugrevolver angebracht einmal in der entkoppelten und einmal in der gekoppelten Stellung dargestellt ist;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine an sich übliche Werkzeughal tereinrichtung, die in ihrem rückwandigen Bereich abgekehrt von der Spindelaufnahme einen Stecker- oder Buchsenkontakt der Kontaktierungseinrichtung aufweist sowie Freiräume für eine Kabelführung von und zu einzelnen Sensoren innerhalb der Werkzeughaltereinrichtung; Fig. 6 einen nicht näher bezeichneten Teilausschnitt aus dem Werk zeughalter nach Fig. 5 mit einzelnen Aufnahmekanälen zur Aufnahme von einzelnen Sensoren; Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines

Werkzeugrevolvers, vergleichbar der Lösung nach der Fig. 1 mit interner Schnittstellengestaltung im Rahmen der Realisie rung der Übertragungsstrecke; Fig. 8 und 9 die weitere Kontaktierungseinrichtung nach der Fig. 7, einmal in der kontaktierenden und einmal in der kontaktlosen Stel lung;

Fig. 10 einen Teilausschnitt betreffend die kontaktierende Darstellung nach der Fig. 8 in einer Blickrichtung senkrecht auf die Zei chenebene gesehen; und

Fig. 1 1 in der Art eines Blockschaltbildes die wesentlichen Kompo nenten des Kommunikationssystems, wie es vorzugsweise für die Maschinenvorrichtungen nach den vorstehenden Figuren zum Einsatz kommt.

Fig. 1 und 2 zeigen als Teil eines erfindungsgemäßen Kommunikationssys- tems eine erfindungsgemäße Maschinenvorrichtung in Form eines Werk zeugrevolvers 10, der dem in der DE 10 2009 042 772 A1 oder dem in der DE 10 2005 033 890 A1 offenbarten Werkzeugrevolver entspricht. Der Werkzeugrevolver 10 weist ein stationäres Gehäuseteil 12 und ein gegen über diesem stationären Gehäuseteil 12 drehbares Aufnahmeteil 14 in Form einer Werkzeugscheibe 16 auf, das gegenüber dem stationären Gehäuseteil 12 in verschiedenen Festlegestell ungen in vorgebbaren Winkelpositionen festlegbar ist. Die Werkzeugscheibe 16 weist auf ihrer Umfangsseite 18 mehrere einzelne Aufnahmen 20 auf, jeweils zur Aufnahme einer Werk zeugaufnahme 22 für einen Werkzeughalter 24, die der in der DE 198 24 692 A1 oder der in der DE 10 2014 003 336 A1 offenbarten Werkzeugauf- nähme entspricht. Der jeweilige Werkzeughalter 24 dient zur Aufnahme ei nes in den Figuren nicht dargestellten spanenden Bearbeitungswerkzeuges.

Alternativ kann die Maschinenvorrichtung als ein in den Figuren nicht dar gestellter Drehtisch ausgebildet sein, der dem in der DE 198 53 590 C1 of- fenbarten Drehtisch entspricht. Der Drehtisch weist ein stationäres Gehäu seteil in Form eines stationären Tischteiles und ein Aufnahmeteil in Form ei nes das stationäre Tischteil umfassenden, drehbaren Tischteils auf.

Das stationäre Gehäuseteil 12 weist einen ersten Teil 26 einer Übertra- gungsstrecke 28 und das Aufnahmeteil 14 weist mehrere zweite Teile 30 der Übertragungsstecke 28 auf (Fig. 3, 4, 8, 9). Der erste 26 und nur ein zweiter Teil 30 der Übertragungsstrecke 28 sind mittels einer zwischen dem stationären Teil 12 und dem Aufnahmeteil 14 angeordneten Kontaktierungs einrichtung 32 in einer Festlegestellung des Aufnahmeteils 14 miteinander verbindbar. In zur Drehung freigegebenem Zustand des Aufnahmeteils 14 trennt die Kontaktierungseinrichtung 32 den ersten Teil 26 und jeden zwei ten Teil 30 der Übertragungsstrecke 28 voneinander.

Es sind mehrere derartige Übertragungsstrecken 28 vorgesehen, von denen jede informations- und/oder energieführend ausgebildet ist und die zumin dest im Bereich der Kontaktierungseinrichtung 32 derart nebeneinander an geordnet verlaufen, dass, im Querschnitt gesehen, deren Mitten von einer gemeinsamen Ebene geschnitten werden können, deren Normale der Dreh achse 34 des Aufnahmeteils 14 entspricht. Zum Verbinden des durch den Aufnahmeteil 14 verlaufenden zweiten Teils 30 der Übertragungsstrecke 28 und eines durch die jeweilige Werkzeugauf nahme 22 verlaufenden dritten Teils 36 der Übertragungsstrecke 28 ist zwi schen der Werkzeugaufnahme 22 und dem Aufnahmeteil 14 eine weitere Kontaktierungseinrichtung 38 vorgesehen (Fig. 3 bis 5).

Jede der Übertragungsstrecken 28 kann drahtlos ausgebildet sein, ist jedoch in den Figuren drahtgebunden ausgebildet. Bei Vorsehen einer drahtlosen Übertragungsstrecke 28 können die Kontaktierungseinrichtungen 32, 38 dieser Übertragungsstrecke 28 zumindest teilweise wegfallen. Jede Kontak tierungseinrichtung 32, 38 kann bei Vorsehen von drahtgebundenen Über tragungsstrecken 28 kontaktlos ausgebildet sein, beispielsweise, insbeson dere resonant, induktiv, kapazitiv oder optisch.

Fig. 2 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform der Kontaktierungseinrich tung 32 zum Verbinden und Trennen des ersten Teils 26 der Übertragungs strecke 28 mit dem jeweiligen zweiten Teil 30 der Übertragungsstrecke 28.

Bei der ersten Ausführungsform weist die Kontaktierungseinrichtung 32 ein sich von dem Gehäuse 40 des Werkzeugrevolvers 10 unterscheidendes, weiteres Gehäuse 42 auf, das extern, also von außen, an dem Gehäuse 40 des stationären Gehäuseteils 12 des Werkzeugrevolvers 10 befestigt ist. In dem weiteren Gehäuse 42 der Kontaktierungseinrichtung 32 ist zumindest teilweise ein Steckerteil 44 angeordnet, das mittels eines in diesem Ge häuse 42 angeordneten Aktuators 46 in Form eines Linearantriebs entlang der Drehachse 34 des Aufnahmeteils 14 verfahrbar ist. Der Linearantrieb ist als bestrombarer Betätigungsmagnet 50 ausgebildet, dessen Betätigungsele ment 52 mit einer dem Aufnahmeteil 14 abgewandten Seite des Steckerteils 44 verbunden ist. Durch das Steckerteil 44 erstreckt sich zumindest ein Übertragungsstreckenteil 54 des ersten Teils 26 der Übertragungsstrecke 28, das in Richtung des Aufnahmeteils 14 in Form eines Pins 56 zur Kontaktie rung aus dem Steckerteil 44 herausragt.

Der Betätigungsmagnet 50, der ziehend oder drückend ausgebildet ist, wird derart angesteuert, dass das Steckerteil 44, ausschließlich in der jeweiligen Festlegestellung des Aufnahmeteils 14, ausgehend von einer in das weitere Gehäuse 42 der Kontaktierungseinrichtung 32 zumindest teilweise einge fahrenen Stellung, in der das Steckerteil 44 von einem Buchsenteil 58 eines externen Brückenteils 60 beabstandet angeordnet ist (Fig. 3), in Richtung des Aufnahmeteils 14 aus dem weiteren Gehäuse 42 der Kontaktierungsein richtung 32 ausgefahren wird, bis der dem Aufnahmeteil 14 zugewandte Endbereich des Steckerteils 44 in das Buchsenteil 58 des externen Brücken teils 60 eingreift, wodurch der erste 26 und der jeweilige zweite 30 Teil der Übertragungsstrecke 28 miteinander verbunden werden (Fig. 4), der dem Aufnahmeteil 14 zugeordnet ist. Derart angeordnet verbleibt das Steckerteil 44 über zumindest nahezu die gesamte Zeitspanne, in der das Aufnahme teil 14 in seiner Festlegestellung angeordnet ist.

Das Brückenteil 60 ist rechtwinklig ausgebildet. An dem einen Schenkel 62 des Brückenteils 60, der sich senkrecht zu der Längsachse des Linearan triebs 50 erstreckt und zumindest teilweise an dem Aufnahmeteil 14 festge legt ist, ist das Buchsenteil 58 für das Steckerteil 44 vorgesehen. An dem an deren Schenkel 64 des Brückenteils 60, der von dem Aufnahmeteil 14 be abstandet angeordnet ist und sich parallel zur Drehachse 34 des Aufnahme teils 14 erstreckt, ist ein Teil der weiteren Kontaktierungseinrichtung 38 zum Verbinden des zweiten Teiles 30 der Übertragungsstrecke 28 mit dem dritten Teil 36 der Übertragungsstrecke 28 vorgesehen, der sich durch die Werkzeugaufnahme 22 erstreckt. Der an dem Brückenteil 60 ausgebildete Teil der weiteren Kontaktierungseinrichtung 38 ist als ein weiteres Buchs enteil 66 ausgebildet. Der Vorteil der außerhalb des Werkzeugrevolvers 10 angeordneten Kontak tierungseinrichtungen 32, 38 ist, dass eine bereits an einen Kunden ausge lieferte Maschinenvorrichtung im Sinne einer Nachrüstung nachträglich mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem ausgestattet werden kann.

Fig. 7 bis 10 zeigen eine zweite Ausführungsform der Kontaktierungsein richtung 32 zum Verbinden und Trennen des ersten Teils 26 der Übertra gungsstrecke 28 mit dem jeweiligen zweiten Teil 30 der Übertragungsstre cke 28.

Bei der zweiten Ausführungsform der Kontaktierungseinrichtung 32 er streckt sich der erste Teil 26 der Übertragungsstrecke 28 parallel zur Längs achse 68 der Antriebseinheit 70 des Werkzeugrevolvers 10 durch das statio näre Gehäuseteil 12 und die zweiten Teile 30 der Übertragungsstrecke 28 senkrecht zur Drehachse 34 des Aufnahmeteils 14 strahlenförmig durch das Aufnahmeteil 14 hindurch, wobei sämtliche fiktiven Verlängerungen der zweiten Teile 30 der Übertragungsstrecke 28 sich in einem Punkt der Dreh achse 34 des Aufnahmeteils 14 schneiden. Derjenige zweite Teil 30 der Übertragungsstrecke 28, der sich durch die mit der Antriebseinheit 70 des Werkzeugrevolvers 10 aktuell gekoppelte Aufnahme des Aufnahmeteils 14 erstreckt, ist parallel zur Längsachse 68 der Antriebseinheit 70 des Werk zeugrevolvers 10 angeordnet.

Zwischen dem stationären Gehäuseteil 12 und dem Aufnahmeteil 14 ist als Teil der Übertragungsstrecke 28 eine Kontaktierungseinrichtung 32 ausge bildet, die in der Art eines Ein- und Aus-Schalters konzipiert ist. Die Kontak tierungseinrichtung 32 weist eine Aktuatoreinrichtung 46 auf, die aus einer Verzahnungseinheit 74 gebildet ist. Die Verzahnungseinheit 74 ist als Ring ausgebildet, der auf seiner dem stationären Gehäuseteil 12 zugewandten Stirnseite eine planseitige Verzahnung 76 im Sinne einer Hirth-Verzahnung trägt. Auf der der planseitigen Verzahnung 76 gegenüberliegenden Seite der Verzahnungseinheit 74 ist ein ringförmiger und im Wesentlichen rechtecki ger Vorsprung 78 vorgesehen, der sich von der Verzahnungseinheit 74 in Richtung der Aufnahmen 20 weg in eine ringförmige Ausnehmung 80 des Aufnahmeteils 14 erstreckt, in die das jeweils mit einem federnden Kontak tierungselement 82 versehene Ende des ersten 26 und zweiten Teils 30 der Übertragungsstrecke 28 hineinragt. Der ringförmige Vorsprung 78 trägt auf seinen der nächstl legenden Werkzeugaufnahme 22 zu- und abgewandten Seiten jeweils eine Isolationsschicht 84, die gegenüberliegend am Vor sprung 78 vorgesehen sind. Alternativ kann auch lediglich eine der beiden Isolationsschichten 84 vorgesehen sein.

Auf der Seite der planseitigen Verzahnung 76 schließt sich an die Verzah nungseinheit 74 in Richtung der Drehachse 34 des Aufnahmeteils 14 eine Verzahnungsscheibe 86 und eine weitere Verzahnungsscheibe 88 an, die koaxial zur Drehachse 34 des Aufnahmeteils 14 und koaxial zueinander an geordnet sind. Auf der Seite des Vorsprungs 78 schließt sich an die Verzah nungseinheit 74 in Richtung der Drehachse 34 des Aufnahmeteils 14 ein Leiter 90 zum Leiten von Informationen und/oder Energie an, der jederzeit in der Ausnehmung 80 des Aufnahmeteils 14 angeordnet ist. Der Leiter 90 kann integraler Bestandteil des Vorsprungs 78 der Verzahnungseinheit 74 sein. Die Verzahnungseinheit 74 und die Verzahnungsscheibe 86 sind Teil des stationären Gehäuseteils 12, wohingegen die weitere Verzahnungs scheibe 88 Teil des Aufnahmeteils 14 ist.

Die Verzahnungseinheit 74 ist mittels eines Lluid-, vorzugsweise Hydraulik- , Mediums derart entlang der Drehachse 34 des Aufnahmeteils 14 verfahr bar, dass in ihrer einen Endstellung die planseitige Sperrverzahnung 76 mit der stationären Verzahnungsscheibe 86 und der gegenüber der Verzah nungseinheit 74 und/oder der stationären Verzahnungsscheibe 86 drehba ren weiteren Verzahnungsscheibe 88 in Eingriff kommt. In dieser Endstel- lung bzw. Festlegestellung ist die weitere Verzahnungsscheibe 88 gegen über der Verzahnungsscheibe 86 in einer sperrenden Stellung drehtest fest gelegt. Gleichzeitig verbindet in dieser Stellung der Leiter 90 das erste 26 und das zweite 30 Teil der Übertragungsstrecke 28 miteinander, indem das jeweilige endseitige federnde Kontaktierungselement 82 des ersten 26 und zweiten 30 Teils der Übertragungsstrecke 28 den Leiter 90 kontaktiert (Fig. 8).

Bei einem Verfahren der Verzahnungseinheit 74, ausgehend von der Festle gestellung in Richtung der anderen Endstellung, in der die Verzahnungsein heit 74, die Verzahnungsscheibe 86 und die weitere Verzahnungsscheibe 88 in einer freigebenden Stellung außer Eingriff sind, wirkt die Verzah nungseinheit 74 mit ihrer Stirnseite auf den Leiter 90 in Richtung der Auf nahmen 20 derart ein, dass der Leiter 90 außer Kontakt mit dem jeweiligen federnden Kontaktierungselement 82 des ersten 26 und zweiten 30 Teils der Übertragungsstrecke 28 gebracht ist und das jeweilige federnde Kontak tierungselement 82 mit dem diesem nächstl legenden Isolator 84 in Kontakt gelangt. Dadurch ist die Übertragungsstrecke 28 unterbrochen (Fig. 9).

Das der Werkzeugaufnahme 22 zugewandte Ende des zweiten Teils 30 der Übertragungsstrecke 28 ist mit einem weiteren Buchsenteil 66 verbunden, das an der dem Werkzeughalter 24 zugewandten Umfangsfläche 18 des Werkzeugrevolvers 10 angeordnet ist.

Die Fig. 10 zeigt vier nebeneinander angeordnete Übertragungsstrecken 28 im Bereich der Kontaktierungseinrichtung 32, deren jeweils erster 26 und zweiter 30 Teil der Übertragungsstrecke 28 mittels eines Leiters 90 mitei nander verbunden sind. Jeder Leiter 90 ist in einem umlaufenden Rastring 92 angeordnet, wobei die Leiter 90 vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind. Der Vorteil der innerhalb des Werkzeugrevolvers 10 angeordneten Kontak tierungseinrichtungen 32, 38 ist, dass das erfindungsgemäße Kommunikati onssystem vor Beschädigungen von außen geschützt ist, beispielsweise vor einer Kollision während des Betriebes der Maschinenvorrichtung. Derge stalt können relevante Komponenten, vorzugsweise alle relevanten Kompo nenten, des Kommunikationssystems in der jeweiligen Maschinenvorrich tung, auch vor Fluid, geschützt innerhalb der Maschinenvorrichtung ver baut werden.

Falls vorgesehen, dient jede informationsführende Übertragungsstrecke 28 zur Übertragung von Sensordaten mindestens einer Datenerfassungseinrich tung 94 in Form eines Sensors 96. Ein jeweiliger Sensor 96 kann an oder in der Maschinenvorrichtung angeordnet sein.

Fig. 5 und 6 zeigen in der Werkzeugaufnahme 22 für einen Werkzeughalter 24 vorgesehene Räume, in denen Sensoren 96 und jeweils der dritte Teil 36 der mit diesem Sensor 96 verbundenen Übertragungsstrecke 28 anordenbar sind. So sind von der der Öffnung 98 für den Werkzeughalter 24 abge wandten Seite der Werkzeugaufnahme 22 aus in die Werkzeugaufnahme 22 sich in Richtung der Seite mit der Öffnung 98 erstreckende Kanäle 100 unterschiedlicher Länge eingebracht, in denen jeweils ein Sensor 96 mit seinem Messaufnehmer anordenbar ist (Fig. 6). Zusätzlich ist auf der der Öffnung 98 für ein Bearbeitungswerkzeug abgewandten Seite der Werk zeugaufnahme 22 eine Datensammeleinrichtung 102 zum Speichern der Sensordaten vorgesehen (Fig. 5) und auf dieser Seite an dem der Aufnahme 20 zugewandten Ende der Werkzeugaufnahme 22 ein Teil der weiteren Kontaktierungseinrichtung 38 in Form eines weiteren Steckerteils 104 zum Verbinden mit dem weiteren Buchsenteil 66. Die auf dieser Seite angeord neten dahingehenden Komponenten des Kommunikationssystems sind von einem Deckelteil 106 als Teil des Gehäuses 108 der Werkzeugaufnahme 22 abdichtend verschlossen. Jeder Sensor 96 ist über den dritten Teil 36 der Übertragungsstrecke 28 un ter Zwischenschaltung der Datensammeleinrichtung 102 mit dem weiteren Steckerteil 104 verbunden und kann als Temperatur-, Verformungs-, Druck-, Beschleunigungs-, Vibrations-, Feuchtigkeits-, Körperschallsensor oder Mik rofon ausgebildet sein.

In jeden der in Fig. 6 gezeigten Kanäle 100 kann beispielsweise ein Sensor 96 in Form eines Temperatursensors eingebracht sein, von denen der dem Aufnahmeteil 14 entferntest angeordnete Sensor 96 die Temperatur einer hinteren Spindellagerung 1 12 der Werkzeugaufnahme 22 und der dem Auf nahmeteil 14 nächstliegende Sensor 96 die Temperatur einer Eintriebswelle 116 der Werkzeugaufnahme 22 und der zwischen diesen beiden Sensoren 96 angeordnete Sensor 96 die Temperatur einer vorderen Spindellagerung 120 der Werkzeugaufnahme 22 ermittelt.

Falls vorgesehen, dient die energieführende Übertragungsstrecke 28 zur Übertragung einer Versorgungsspannung für den jeweiligen Sensor 96 oder für ein zusätzliches, in den Figuren nicht gezeigtes Anbaugerät, wie bei spielsweise eine Hochfrequenzspindel oder einen Greifer.

Fig. 1 1 zeigt in der Art eines Blockschaltbildes das erfindungsgemäße Kom munikationssystem, das die Maschinenvorrichtung aufweist.

Das Kommunikationssystem weist eine Datenauswerteeinrichtung 122 auf, die als sogenannte IQ-Box bezeichnet wird und die über jeweils eine bidi rektionale, drahtgebundene Übertragungsstrecke 124 in Form eines Bussys tems mit mehreren, in Fig. 1 1 zwei, Datensammeleinrichtungen 102 ver bunden ist. Die jeweilige Datensammeleinrichtung 102 weist ein in den Figuren nicht gezeigtes Modul zur drahtlosen Datenübertragung, beispielsweise ein Near Field Communication(NFC-Standard)-Modul, auf, über das das Bearbei tungswerkzeug bzw. die Werkzeugaufnahme 22 des Werkzeugrevolvers 10 mittels eines in den Figuren nicht gezeigten Endgerätes in Form eines Rech ners parametrierbar ist, wohingegen das Auslesen der Parameter drahtge bunden durchgeführt wird. Zudem kann eine Software des Kommunikati onssystems über diese drahtlose Schnittstelle aktualisiert werden.

Jede Datensammeleinrichtung 102 ist über jeweils eine drahtgebundene Übertragungsstrecke 126 wiederum mit zumindest der Datenerfassungsein richtung 94 in Form des Sensors 96 verbunden.

Die jeweilige Datensammeleinrichtung 102 speichert die Sensordaten der mit dieser verbundenen Datenerfassungseinrichtungen 94 zwischen und di gitalisiert diese. Die Datenauswerteeinrichtung 122 wertet die gesammel ten, digitalisierten Sensordaten der mit dieser verbundenen Datensamme leinrichtungen 102 zumindest teilweise aus.

Jede Datensammeleinrichtung 102 und die jeweiligen mit dieser Datensam meleinrichtung 102 verbundenen Datenerfassungseinrichtungen 122 sind einer Komponente 128 der Maschinenvorrichtung zugeordnet, von der diese Datenerfassungseinrichtungen 94 Sensorwerte ermitteln. Die Daten auswerteeinrichtung 122 ist hingegen entfernt von der Maschinenvorrich tung angeordnet.

Die Datenauswerteeinrichtung 122 konfiguriert die Busteilnehmer, bei spielsweise die Datenerfassungseinrichtungen 94 und/oder die Datensam meleinrichtungen 102, in Abhängigkeit dieser Busteilnehmer, wodurch ein selbstkonfigurierendes Netzwerk ausgebildet ist. Dadurch sind Komponen ten 128 der Maschinenvorrichtung einfach und schnell austauschbar, weil sich die Konfiguration des Kommunikationssystems mittels der IQ-Box selb ständig an die neuen Komponenten 128 anpasst. Dadurch wird eine aktive Konfigurierung des Kommunikationssystems durch einen Menschen hinfäl lig.

Die Datenerfassungseinrichtung 122 oder die Datensammeleinrichtung 102 erfasst Daten bezüglich des aktuellen Status der Maschinenvorrichtung, wie beispielsweise die Betriebsstunden oder die Anzahl von Temperaturüber schreitungen. Die mittels der Datenerfassungseinrichtung 94 bzw. mittels der Datensammeleinrichtung 102 erfassten Daten sind zumindest kurzzeitig auf der Datensammeleinrichtung 102 abspeicherbar. Das Auslesen der Sta tus-Daten ist drahtgebunden oder über die drahtlose Schnittstelle drahtlos möglich.

Die Datenauswerteeinrichtung 122 ist mit einer Datenspeichereinrichtung 130, beispielsweise einem Server einer Cloud, verbunden, auf der die er fassten Sensordaten und/oder Statusinformationen sämtlicher Komponenten 128 jeder Maschinenvorrichtung abspeicherbar, weiter auswertbar und von der die gespeicherten Daten abrufbar sind. Dadurch sind Prozesse des Kom munikationssystems, insbesondere der Maschinenvorrichtung, optimierbar und ein vorrausschauender Service oder eine vorausschauende Wartung er möglicht. Die Datenspeichereinrichtung 130 ist mit Endgeräten 132, wie beispielsweise Rechnern in Form von PCs oder Mobiltelefonen, verbunden.

Zudem oder alternativ ist die Datenauswerteeinrichtung 122 mit einer Ma schinensteuerung 134 der jeweiligen Maschinenvorrichtung verbunden, wodurch eine direkte Rückmeldung über den Status der jeweiligen Maschi nenvorrichtung erhaltbar ist. Mittels des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems sind Nutzungsda ten der Maschinenvorrichtungen verarbeitbar, beispielsweise kann ein Bear beitungshistogramm erstellt werden oder die Standzeit oder das Erreichen von Sensor-Extremwerten überwacht werden. Es können Werkzeugkorrek- turdaten gelesen und geschrieben werden, beispielsweise eine Ausspann länge oder ein Korrekturwert eines Bearbeitungswerkzeuges. Anhand der Massendaten im Sinne von Big Data kann eine künstliche Intelligenz trai niert werden und es kann ein digitales Modell des die bereits ausgelieferten Maschinenvorrichtungen aufweisenden Kommunikationssystems erstellt werden, wodurch Service- und Vertriebskonzepte optimierbar sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1 . Kommunikationssystem bestehend aus mindestens einer

Datenerfassungseinrichtung (94) zum Erfassen von Sensordaten bei mindestens einer für eine spanende Bearbeitung vorgesehenen

Maschinenvorrichtung, vorzugsweise in Echtzeit, Datensammeleinrichtung (102) zur Digitalisierung der erfassten Daten, und

Datenauswerteeinrichtung (122) für die gesammelten digital isier- ten Daten.

2. Maschinenvorrichtung, insbesondere als Teil eines Kommunikations systems nach Anspruch 1, in Form eines Werkzeugrevolvers (10) oder eines Drehtisches mit einem Gehäuseteil (12) und einem demgegen über in vorgebbaren Winkelpositionen aus einer Freigabestellung her aus festlegbaren Aufnahmeteil (14), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilen (12, 14) zumindest ein Teil mindestens einer in- formations- und/oder energieführenden Übertragungsstrecke (28) in festgelegtem Zustand der Teile (12, 14) aneinander gebildet und in der Freigabestellung unterbrochen ist.

3. Maschinenvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Übertragungsstrecke (28) über eine Kontaktierungs einrichtung (32) hergestellt ist, die in wieder lösbarer Form oder be- rührungslos konzipiert ist.

4. Maschinenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die informationsführende Übertra gungsstrecke (28) der Übertragung von Sensordaten und die energie- führende Übertragungsstrecke (28) der Übertragung einer Versor gungsspannung für den jeweiligen Sensor (96) oder einem zusätzli chen Anbaugerät dient.

5. Maschinenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensordaten erfassende Einrichtun gen mindestens einer der folgenden Sensoren (96) dient:

- Temperatursensor,

Verformungssensor,

Drucksensor,

Beschleunigungssensor,

- Vibrationssensor,

Feuchtigkeitssensor,

Körperschallsensor einschließlich Mikrofon.

6. Maschinenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Sensor (96) in einer Werkzeugaufnahme (22) für einen Werkzeughalter (24) verbaut ist, die in umfangsseitigen Aufnahmen (20) an einer Werkzeugscheibe (16) eines Werkzeugrevolvers (10) festlegbar sind.

7. Maschinenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Sensor (96) an der Werk zeugaufnahme (22) über eine weitere Kontaktierungseinrichtung (38) mit Teilen der jeweiligen Übertragungsstrecke (28) aufseiten des schwenkbaren Aufnahmeteils (14) verbindbar ist.

8. Maschinenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (32) auf seiten der feststehenden Gehäuseteile (12) über eine Aktuatoreinrich tung (46) verfügt, die betätigt eine Stecker-Buchsen-Verbindung (44, 58) zum schwenkbaren Aufnahmeteil (14) in einer seiner festgelegten Bearbeitungspositionen herstellt.

9. Maschinenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (46) einen bestrombaren Betätigungsmagneten (50) aufweist oder aus einer wie der lösbaren Verzahnungseinheit (74) gebildet ist, bei der unter Ein- fluss eines Mediums eine planseitige Sperrverzahnung (76) in Eingriff mit einer stationär (86) und einer demgegenüber drehbaren (88) Ver zahnungsscheibe kommt, und dass in der sperrenden Stellung, bei der alle Verzahnungen (76, 86, 88) in Eingriff miteinander sind, die Kon taktierungseinrichtung (32) in ihrer geschlossenen, die Übertragungs- strecke (28) herstellenden Funktionsposition und in der freigebenden

Stellung unterbrochen ist.

10. Maschinenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Übertragungsstrecke (28) durch einen stromführenden Teil durch Komponenten der Sperrver zahnung (74) gebildet ist.