(57)【要約】【課題】ツールクランプ装置の機能的安全性を改良しツール交換の進捗を速めること。【解決手段】操作部材（３）を備えた加工機械のツールクランプ装置において、この操作部材（３）が、駆動部により、ツールクランプ装置が締め付け位置にある第１位置と、ツールクランプ装置が解放位置にある第２位置との間を変位可能であり、操作部材（３）の位置を検出するために、少なくとも１つのセンサーが設けられている。このセンサーは、ツールクランプ装置中に統合され、操作部材（３）の少なくとも一部分が、少なくとも１つの電気構成素子を直接構成し、この一部分の位置が、該構成素子の電気特性に影響を与える。このセンサーは電気スイッチであり、操作部材（３）の少なくとも一部分が、導電性を有し、かつスイッチの接点電極またはその一部分を形成していることにより、電気スイッチの閉鎖状態が、操作部材（３）の位置に依存している。【選択図】図３
2010120158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材（３）を備えたとりわけ加工機械のワークスピンドル用のツールクランプ装置であって、前記操作部材（３）が、駆動部により、前記ツールクランプ装置が締め付け位置にある第１位置と、前記ツールクランプ装置が解放位置にある第２位置との間を変位可能であるツールクランプ装置において、前記操作部材（３）の位置を検出するために、構造的には前記ツールクランプ装置中に統合されている、少なくとも１つの電気構成素子形式でのセンサーが設けられ、前記操作部材（３）の少なくとも一部分が、前記少なくとも１つの電気構成素子の１つの部品を直接構成し、前記一部分の位置が、該構成素子の電気特性に影響を与えることを特徴とするツールクランプ装置。
【請求項２】
前記電気構成素子は電気スイッチであり、前記操作部材（３）の少なくとも一部分が導電性を有し、かつ前記電気スイッチの接点電極またはその一部分を形成していることによって、前記電気スイッチの閉鎖状態を前記操作部材（３）の位置に依存させたことを特徴とする請求項１に記載のツールクランプ装置。
【請求項３】
前記操作部材（３）は、液体圧または空圧で駆動され、シリンダー（２）の中で移動する線型可動ピストン（３）であり、前記電気スイッチの第２接点電極またはその一部分を形成し、前記ピストン（３）は、シリンダー（２）中で、スライドしてかつ放射状方向で、電気的に高い抵抗値でまたは絶縁されて軸支されていることを特徴とする請求項２に記載のツールクランプ装置。
【請求項４】
前記ピストン（３）は、前記シリンダー（２）に対して電気的に高い抵抗値でまたは絶縁されて軸支されている研磨リング（１１）により、電気的に接触されることを特徴とする請求項３に記載のツールクランプ装置。
【請求項５】
前記電気スイッチの閉鎖は、前記ピストン（３）の両終端位置のうちの一方において、前記ピストン（３）が、前記シリンダー（２）において形成されているまたはこれと連結されている導電性のストッパー（９）と接触することにより引き起こされることを特徴とする請求項３または４に記載のツールクランプ装置。
【請求項６】
前記ピストン（３）は、その他方の終端位置において、前記シリンダー（２）と電気的に接触しないことを特徴とする請求項５に記載のツールクランプ装置。
【請求項７】
前記電気構成素子は少なくとも１つのコンデンサーであり、前記操作部材（３）の少なくとも一部分が導電性を有し、前記コンデンサーの電極の少なくとも１つを形成していることによって、前記コンデンサーの値を前記操作部材（３）の位置に依存させたことを特徴とする請求項１に記載のツールクランプ装置。
【請求項８】
前記コンデンサーは、外部接続部（Ｄ、Ｅ；Ｆ、Ｇ）を備えた、互いに同軸で、軸上方向で並んで配置されている２つのリング状の電極（１８、１９；２０、２１）を有し、前記操作部材（３）の導電性を有する円筒状または中空円筒状の一部分（７）は、前記電極（１８、１９；２０、２１）を同軸で覆い、これにより、前記電極（１８、１９；２０、２１）により２つのコンデンサーの直列回路が形成され、コンデンサーの値が前記一部分（７）の軸上位置に依存するように、前記電極（１８、１９；２０、２１）を覆う前記操作部材（３）の一部分（７）の断面が軸上方向で変動することを特徴とする請求項７に記載のツールクランプ装置。
【請求項９】
軸上方向で互いに間隔を隔てているそれぞれ２つのコンデンサーからなる直列回路が２つ設けられており、前記両終端位置のうちの一方では、前記直列回路のうちの一方の全容量が最大値をとり、他方の終端位置では、他方の直列回路の全容量が最大値をとるように、前記電極（１８、１９；２０、２１）を覆う前記操作部材（３）の一部分（７）の断面が軸上で変動することを特徴とする請求項８に記載のツールクランプ装置。
【請求項１０】
前記操作部材（３）の一部分（７）は中空円筒状であり、双方の全コンデンサーのうちの一方が、中空円筒の内側に配置され、他方の全コンデンサーが中空円筒の外側に配置されており、前記断面の変動の本質は、軸上方向で互いにずらして置かれた段（２２、２３）にあり、前記段（２２、２３）のうちの一方は前記内側に存在し、他方は前記外側に存在することを特徴とする請求項９に記載のツールクランプ装置。
【請求項１１】
コンデンサーの双方の直列回路は、ブリッジ回路の、互いに並列接続され直交横断しない２つの分岐部中に配置され、前記操作部材（３）の移動時には、常に同時に双方の直列回路のうちの一方の容量値が増加し、他方の容量値が減少するように、電極を覆う前記操作部材（３）の一部分（７）の断面が電極（１８、１９；２０、２１）に対して変動することを特徴とする請求項９または１０に記載のツールクランプ装置。
【請求項１２】
前記電気構成素子は、少なくとも１つの電気的なコイルであり、このコイルの値は前記操作部材（３）の位置に依存し、前記操作部材（３）の少なくとも一部分（７）は強磁性体であり、少なくとも前記コイルの磁心を形成していることを特徴とする請求項１に記載のツールクランプ装置。
【請求項１３】
前記コイルは、円筒状のコイル（２４；２５）の形状を有し、前記操作部材（３）の円筒状または中空円筒状の強磁性の一部分（７）は、前記コイル（２４；２５）を同軸で覆い、これにより、前記コイルが前記一部分（７）の軸上位置に依存するように、前記コイル（２４；２５）を覆う前記操作部材（３）の一部分（７）の断面が軸上方向で変動することを特徴とすることを特徴とする請求項１２に記載のツールクランプ装置。
【請求項１４】
軸上方向で互いに間隔を隔てている、円筒状のコイル（２４、２５）形状のコイルが２つ設けられており、両終端位置のうちの一方では、一方のコイル（２４）のインダクタンスが最大値をとり、他方の終端位置では、他方のコイル（２５）のインダクタンスが最大値をとるように、前記コイル（２４、２５）を覆う前記操作部材（３）の一部分（７）の断面が変動することを特徴とする請求項１３に記載のツールクランプ装置。
【請求項１５】
前記操作部材（３）の一部分（７）は中空円筒状であり、双方のコイル（２４、２５）のうちの一方が、中空円筒の内側に配置され、他方が中空円筒の外側に配置されており、前記断面の変動の本質は、軸上方向で互いにずらして置かれた２つの段（２２、２３）にあり、前記段（２２、２３）のうちの一方は前記内側に存在し、他方は前記外側に存在することを特徴とする請求項１４に記載のツールクランプ装置。
【請求項１６】
双方のコイルは、ブリッジ回路の、互いに並列接続され直交横断しない２つの分岐部中に配置され、前記操作部材の移動時には、常に同時に双方のコイルのうちの一方が増加し、他方のコイルが減少するように、電極を覆う前記操作部材（３）の一部分（７）の断面が、双方のコイル（２４、２５）に対して変動することを特徴とする請求項１４または１５に記載のツールクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツールクランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１中では、皿バネパケットが、ツールまたはツールホルダーをツール収納部中で締め付けるための引張り力を、コレットチャック部分セットにより準備する。ツールの解放はいわゆるドローバーの軸上変位により行われるが、このために、ドローバー（Ｚｕｇｓｔａｎｇｅ）は対応する反作用力で負荷されなければならない。この反作用力は、押圧力として、液体圧または空圧で駆動されるピストンを用いて、ツール収納部とは逆側のドローバーの正面に対してかけられる。ピストンは、したがって、ツール解放ピストンと称される。あるいは、これに関して、特許文献２中では、ツール解放ピストンを変位させるために電気駆動部を使用することも提案されている。
【０００３】
ツールを締め付けるために、ツール解放ピストンは、ドローバーを皿バネパケットの力に反して動かしこれによりツールクランプ装置を解放位置へと動かす活性位置から、このツール解放ピストンがドローバーと接触しない非活性位置へと動かされる。ワークスピンドル（ツールクランプ装置はワークスピンドルの構成要素である）の作動時には、ドローバーは回転するが、ツール解放ピストンが静止しているので、ワークスピンドルの運転開始時には、ドローバーとツール解放ピストンとは、もはや接触していてはならない。これを確実にするために、加工機械の制御ユニットが適切な指令を出した後、ワークスピンドルが運転開始しうる前に、ツール解放ピストンがドローバーから離反する移動が続きうる最大限の所定期間の間、待機せねばならない。これは、加工機械の作業進捗において明らかに遅延となる。
【０００４】
ピストンの液体圧または空圧駆動部における圧縮力比が誤っている結果、あるいは、加工機械の制御ユニットによる誤った進捗制御の結果、ツール解放ピストンのドローバーからの離反移動があまりにも遅いまたは不完全になるという誤作動の場合、ツール解放ピストンがまだドローバーと接触しているにも関わらず、ワークスピンドルが運転開始してしまうという結果となりうる。これは、極端な場合、ツール解放ピストンが、ドローバーとその各圧力支持面において摩擦溶接となり、すなわち、ツールクランプ装置を損傷してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許公報第１００  ４３  ００６  Ｃ１号明細書
【特許文献２】独国特許公報第１０  ２００４  ０５１  ０３１  Ｂ３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、この従来技術を考慮して、この種のツールクランプ装置の機能的安全性を改良し、ツール交換の進捗を速めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明にしたがい、請求項１の特徴を有するツールクランプ装置により達成される。本発明のより有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明によれば、ツール解放ピストンの位置が、構造的にはツールクランプ装置中に統合されているセンサーにより検出される。この方策により以下の問題が解決される。すなわち、液体圧ないし空圧シリンダー用の完成品として入手可能な位置センサーの採用が、ワークスピンドル中への組み込みのために決められたツールクランプ装置の特殊な空間的な状況（例えば、とりわけ回転可能な潤滑剤供給の存在などの状況）により、大幅に妨げられるという問題が解決される。さらに、本発明により、ツール解放ピストンを、電気構成素子の直接的な構成要素として機能させることにより、一方では、位置検出の機能的安全性を確保し、他方、センサーの構造を簡素化する。本発明の、有利な作用は、予定外のスピンドルの静止時間を短くし、ないしツール交換の間の一連の進捗を確実にすることである。さらに、ピストン位置をフィードバックすることにより、進捗の最適化が可能となり、完成部品毎の時間の節約となりうる。
【０００９】
本発明の第１実施形態の本質は電気スイッチにあり、この場合、ツール解放ピストンは、正面側にあるストッパーと機械的に接触することによって、電気接点を閉じ、ここで、ツール解放ピストン自身が、接点電極またはその少なくとも一部分として機能し、スイッチ閉鎖時に流れる電流を自身で導通する。
【００１０】
本発明の第２実施形態の本質はコンデンサーにあり、この場合、ツール解放ピストンの一部分が、その金属導電性に基づいてコンデンサー電極として機能する。ピストンの移動方向に沿って上述の部分の断面が変化することにより、電極距離したがって容量値が、ピストン位置に依存するようになる。
【００１１】
本発明の第３実施形態の本質は電気的なインダクタンスにあり、この場合、強磁性材料製のツール解放ピストンの一部分が、その磁心として機能する。ピストンの移動方向に沿って上述の一部分の断面が変化することにより、コイルとこれに割り当てられた磁心との間の距離、したがってインダクタンス値が、ピストン位置に依存するようになる。
【００１２】
本発明のさらなる詳細およびその利点は、図面に基づく以下の実施形態の説明より開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ツールクランプ装置の一部分の締め付け位置における縦断面図である。
【図２】図１の部分の解放位置における縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態により設けられたツールクランプ装置の一部分の締め付け位置における縦断面図である。
【図４】図３の部分の解放位置における縦断面図である。
【図５】図３の抽出部Ｘの拡大図である。
【図６】図３〜図５中に示した第１実施形態用の評価回路の図である。
【図７】本発明の第２実施形態により設けられたツールクランプ装置の一部分の締め付け位置における縦断面図である。
【図８】図６中に示した第２実施形態用の評価回路の図である。
【図９】本発明の第３実施形態により設けられたツールクランプ装置の一部分の締め付け位置における縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、ここで基礎となる様式のツールクランプ装置の基本的な機能を、図１および図２（各図は、この種の装置の本発明に関連する部分を示す）に基づき、ツール収納部からのツール解放操作に関連して短く説明する。図１に示す締め付け状態においては、不図示の皿バネパケットが、変位可能に軸支されたドローバー１（このドローバーは、図１および図２中、これも同様に不図示のツール収納部とは逆方向の後端のみが見えている）に対して力Ｆをかけ、このドローバー１を図１に示した位置中に保っている。ドローバー１とツール収納部のコレットチャック部分との間の機械的連結は、この位置で、ツールまたはツールホルダーをツール収納部中で締め付けるために機能する。
【００１５】
ドローバー１の端部に隣接する軸上には、リング状の内部空間を有する液体圧シリンダー２が配置され、この中に、リング状のピストン３（ツール解放ピストン３）が変位可能に軸支されている。このツール解放ピストン３は、図１の締め付け状態では、その移動領域中の最も後端にあり、その後ろ正面４でストッパー５に当接している。液体圧シリンダー２中の前方室６は、この場合、圧力をかけられた液体で充填され、ツール解放ピストン３をストッパー５に対して押圧している。ツール解放ピストン３は、ドローバー１の方向へ伸張している中空円筒状の一部分７を有するが、この一部分は、ツール解放ピストン３がこの位置にある際には、ドローバー１の後端から間隔を隔てている。
【００１６】
図２に示した解放位置では、液体圧シリンダー２中の後方室８が圧力をかけられた液体で充填されることにより、ツール解放ピストン３は、図１の締め付け状態に対して、軸上方向でドローバー１の方向に向かって変位し、その結果、ツール解放ピストン３の中空円筒状の一部分７の前端が、ドローバー１の後端と接触し、ドローバー１に対して、皿バネパケットの力Ｆに対向する方向で反作用力をかける。ドローバー１は、これにより、図１の締め付け状態に対して軸上方向で、しかも図１および図２中左方向へすなわちツール収納部の方向へと変位させられる。これにより、コレットチャック部分が、ツールを解除し、ツールの交換が可能となる。
【００１７】
ワークスピンドルの作動時には、ドローバー１は回転するが、ツール解放ピストン３は静止しているので、ツール解放ピストン３の位置を監視すること、とりわけツール解放ピストン３が図１による終端位置中にあり、したがってドローバー１から間隔を隔てているか否かを決定することが重要である。ツール解放ピストン３が上述の終端位置に達しているということは、ツール交換された後にワークスピンドルが再び運転開始可能となる締め付け状態にあることの確かな指標である。
【００１８】
ツール解放ピストンの位置を検出するためのセンサーを備えた本発明のツールクランプ装置の第１実施形態を、以下に、図３〜図５に基づいて説明する。ここで、図３は上の図１と同様、ここで基礎となる様式のツールクランプ装置の一部を示す。しかし、図１から、いくつかの部品とりわけドローバー１を省略し、残りの部品を詳細に精確に図示している。本発明によれば、ツール解放ピストン３は、以下で説明するように、電気スイッチの構成要素として機能する。このスイッチを形成するために、シリンダー２の背面壁９は、電気的に接触し、外部接続端子Ａに導かれる。シリンダー２の背面壁９は、この場合、図１の原理外略図とは異なり、側壁１０から分離された部分であるが、これは、ツール解放ピストン３を挿入するために、シリンダー２が一方の側で開いていなければならないからである。
【００１９】
ツール解放ピストン３は、ドローバーの方向の領域で、すなわち、図３および図４中水平方向で左側に突出する中空円筒状の一部分７の領域で、金属製の研磨リング１１により電気的に接触している。この研磨リング１１は、電気絶縁リング１２（例えば、絶縁性材料からなるＯリング）を介して、リング状のノッチ１３内に軸支され、このノッチ１３は、同様に中空円筒形状であるガイド体１４中で形成されているが、このガイド体１４は、部分７に対して同軸であり、動く際にこの一部分７を導く。ガイド体１４は、この場合、図１の原理略図とは異なり、分離された部分であるが、背面壁９とは連結されている。絶縁リング１２により、研磨リング１１は、ガイド体１４から電気的に絶縁されている。絶縁リング１２は、さらに、放射状で外側方向を向いた力を研磨リング１１に対してかけ、研磨リング１１をツール解放ピストン３の一部分７に対して押圧している。研磨リング１１からは、絶縁ワイヤ１５が外部接続端子Ｂに通じている。明示するために、図３中文字Ｘの符号を付けた部分を、図５中で拡大図示する。
【００２０】
図３で示した終端位置において、ツール解放ピストン３が、シリンダー２の背面壁９と機械的に接触していることにより、同時にこれらの双方の金属製の導電性部品間の電気接点が作られる。これにより、さらに、中空円筒状の一部分７、研磨リング１１およびワイヤ１５を介して全体で、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間の電気接続が生じるが、これは、ツール解放ピストン３が、図３中まさに終端位置にある場合（これは、このピストンがドローバーと機械的な接触を行っていず、したがってツールクランプ装置が締め付け状態になければならない位置である場合）に該当する。ツール解放ピストン３が、シリンダー２の背面壁９から離れるとすぐに、この電気的な接触、したがって、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間の導電接続は遮断される。
【００２１】
したがって、電気スイッチ形式での位置センサーが存在し、このスイッチの閉鎖状態は、ツール解放ピストン３がまさに終端位置にあること、およびしたがって、ツールクランプ装置が締め付け位置にあることを確実に示す。この特別な確実性は、ツール解放ピストン３が、スイッチの不可欠な構成要素を形成し、このツール解放ピストン３が、直接このスイッチの接点電極であり、スイッチの閉鎖際に流れる電流を自身で導通することに基づく。
【００２２】
センサーとして機能するための前提条件は、ツール解放ピストン３とシリンダー２との間の電気接点が、シリンダー２の背面壁９でのみ閉じることができるという点である。リング状ないし中空円筒状のツール解放ピストン３の駆動部が、液体圧または空圧駆動部である場合、その内側外面および外側外面には、それぞれ、複数の弾性封止リング１６が配置され、これらは駆動部としての機能に必要な封止を行うために存在している。このような封止は、ツール解放ピストン３の位置によりシリンダー２内部で規定されている２つのリング状室、すなわちリング状室６（図３）とリング状室８（図４）の間、および、前方のリング状室６と周辺部との間の中空円筒状の一部分７の領域の双方に必須である。封止リングの更なる機能は、ツール解放ピストン３をシリンダー２中でスライドして軸支する点にある。
【００２３】
封止リング１６は、絶縁材料からなり、したがって、同時にツール解放ピストン３を、シリンダー２に対しておよびガイド体１４に対して電気的に絶縁する。このガイド体１４は、シリンダー２の背面壁９に、機械的にしたがって電気的にも接続されている。駆動部の機能用すなわち封止用に必要な封止リング１６に加えて、適切な箇所、例えば、中空円筒状の一部分７とガイド体１４との前方領域中には、さらなる絶縁リングが設けられ、内側外面および外側外面の領域において、一部分７がシリンダー２と導電接触するのを確実に回避している。ツール解放ピストン３を駆動するための媒体は、本発明のこの実施形態では、いずれの場合も非導電性でなければならないと理解される。
【００２４】
図４は、図３のツールクランプ装置の部分を示すが、ここでは、ツール解放ピストン３は他方の終端位置にあり、この位置では、ツール解放ピストン３が可能な限り前方すなわち図３および図４中左側に変位し、中空円筒状の一部分７が、ツール締め付けを解放するためのドローバー（不図示）を動かす。このツール解放ピストン３の位置は、図２に示した解放位置に対応している。図４からわかるように、ツール解放ピストン３はこの位置においてシリンダー２の前面壁１７とは接しておらず、この前面壁からある間隔を隔てており、その結果、この終端位置においては、他方の終端位置とは逆に、ツール解放ピストン３とシリンダー２との間の電気接点は存在せず、その結果、接続端子Ａ・Ｂ間の導電接続は生じない。これは、ドローバー１の移動領域を制限し、したがって、ツール収納部方向、したがって図４中左方向へのツール解放ピストン３の移動領域を限定する機械的なストッパーにより行われる。ドローバーの側でこれがシリンダー２から電気的に絶縁されて軸支されていない場合には、例えばドローバーの後端に絶縁板を配置するなどの適切な方策により、ツール解放ピストン３とドローバーとの間の電気接点が妨げられる。
【００２５】
図６に示すように、シュミットトリガーＳＴの入力と、評価電子装置の電源電圧Ｕ0へのプルアップ抵抗ＲPとを、接続端子Ｂにおいて接続することにより、スイッチ位置の評価は容易に達成される。接続端子Ａは、シリンダー２を介して、これ以外の全ての金属製のツールクランプ装置の部分と接続し、ワークスピンドル（この中にツールクランプ装置が組み込まれている）を介して、加工機械の接地と接続されている。これが意味することは、点線で記入した接地への抵抗ＲN（これに関しては、後に説明する）が存在しない限り、接続端子Ｂには、スイッチＳが開いている際にはプルアップ抵抗ＲPにより評価電子装置の電源電圧Ｕ0がかけられ、スイッチＳが閉じている際には加工機械の接地にあるということである。したがって、スイッチＳは電位がないのではなく、閉じた場合には、常に接地に接続する。シュミットトリガーＳＴとその入力容量により、スイッチＳはデバウンスされ、機械制御部に加工のために供給されうるデジタル出力信号が作られる。この際、シュミットトリガーＳＴの後に、レベル変換装置Ｐも設けられうる。
【００２６】
長期に渡る作動で生じる磨耗および汚れの結果、封止リング１６および／またはさらなる封止リングの絶縁作用が劣化し、ツール解放ピストン３がシリンダー２の背面壁９と全く接触していない場合でさえ、ツール解放ピストン３とシリンダー２との間で、ある電気的導電性が生じることがありうる。このような導電性は、本発明による位置センサーの機能にとって、以下のような場合、すなわち、シリンダー２の背面壁９における接点位置から離れた位置でのツール解放ピストン３とシリンダー２との間の接続が十分高い抵抗値をとり、接点位置へ到達したことがまだ確実に検出可能である場合は、許容可能である。
【００２７】
接続端子ＢにおいてシュミットトリガーＳＴと電源電圧Ｕ0へのプルアップ抵抗ＲPとを備えた図６の評価回路の場合、これが意味するのは、ツール解放ピストン３とシリンダー２との間の不完全な絶縁により引き起こされる、図６中に点線で示した接続端子Ｂと接地との間の抵抗ＲNが、プルアップ抵抗ＲPと共に電圧分圧器を形成し、したがって、ツール解放ピストン３が接点位置から離れ、すなわちスイッチＳが開いている際には、接続端子Ｂは、プルアップ抵抗ＲPにより、電源電圧Ｕ0に引かれずに、ＲPとＲNとの分周比により決められる低電圧になるということである。この電圧は、シュミットトリガーＳＴのスイッチング閾値に対して十分ずっと上の値でなければならず、このシュミットトリガーＳＴは、スイッチＳを閉じたときに初めて確実に切り替わる。ＲNの所定の値が十分高い抵抗値であるか否かに関しては、したがって、図６の回路におけるＲPとＲNにより形成された電圧分圧器の分周比が問題となる。
【００２８】
図７に、本発明の第２実施形態を概略図示するが、ツールクランプ装置のこの部分図は、図３の部分図に相当し、すなわち、ツール解放ピストン３がその後方終端位置中にある締め付け位置を示している。図７中で認識できるように、ドローバーの方向に突出しているツール解放ピストン３の中空円筒状の一部分７の領域で、中空円筒の内側にも外側にも、それぞれ２つのリング状のコンデンサー電極１８・１９ないし２０・２１が、軸上方向で並んで、互いに隣接して配置されており、ここで、双方の内側にある電極１８・１９と、双方の外側にある電極２０・２１との間で、軸上方向で所定の間隔を隔てている。
【００２９】
コンデンサー電極１８〜２１は、第１実施形態の絶縁リング１２と同様に、特にこの目的のために形成されたリング状のノッチ中に配置されている。このノッチは、図７では、単純化のために図示はしていないが、必然的にガイド体１４に対して電気的に絶縁されている。図７より読み取れるように、ツール解放ピストン３の中空円筒状の一部分７は、コンデンサー電極１８〜２１全体を覆い、これにより、一方では、双方の内側にある電極１８・１９により、他方では、双方の外側にある電極２０・２１により、絶縁されて外側に導かれている接続端子Ｄ・ＥないしＦ・Ｇの間で、それぞれ双方のコンデンサーの直列回路を形成している。
【００３０】
図７でさらに示すように、中空円筒状の一部分７は、軸上方向で互いにずらして置かれた２つの段２２・２３を有し、この段において、それぞれ断面が変わる。段２２は、より後方すなわち図７中右で、かつ部分７の内側にあり、段２３は、より前方すなわち図７中左で、部分７の外側にある。これにより、双方の段２２・２３の間では、段２２の右側や段２３の左側よりも厚さが大きくなる。ツール解放ピストンが軸上方向に変位すると、後方段２２が内側電極１８・１９を超えて動き、前方段２３が外側電極２０・２１を超えて動くように、コンデンサー電極１８〜２１は、段２２・２３に対して相対的に配置されている。これにより、直列接続されたコンデンサーの各電極距離、したがって、容量が変化する。
【００３１】
双方の段２２・２３の方向により、ツール解放ピストン３のドローバー方向への変位、したがって解除位置へ移動は、一方では、電極１８・１９を備えた内側コンデンサーの電極間距離を大きくし、したがって容量減少を引き起こす。他方、これは、電極２０・２１を備えた外側コンデンサーの電極間距離を小さくし、したがって容量増大を引き起こす。ツール解放ピストン３が対向方向へ変位すると、逆の容量変化が生じる。
【００３２】
さらに、双方の段２２・２３の位置および軸上距離、ならびに、内側電極対１８・１９および外側電極対２０・２１の位置および軸上距離は互いに調整され、ツール解放ピストン３が軸上方向に変位する際に、内側容量の減少が同時に外側容量の増加を伴うようにされ、またその逆となるようにされる。さらに、ツール解放ピストン３の両終端位置において、両電極対１８・１９ないし２０・２１のうちの一方が、まさにその最小容量に達し、かつ他方がまさにその最大容量に達するように、上述の距離と位置とが選択される。
【００３３】
図７では、上述の寸法規則が以下のように表現される。すなわち、ここで示されたツール解放ピストン３の後方終端位置において、後方段２２が、一部分７の内側で、内側電極対１８・１９のかろうじて右側にあり、前方段２３が、一部分７の外側で、外側電極対２０・２１のかろうじて右側にある。これにより、内側電極対１８・１９の全容量が、接続部Ｄ・Ｅとの間で、その最大値に達し、外側電極対２０・２１の全容量が、接続部Ｆ・Ｇとの間で、その最小値に達する。
【００３４】
ツール解放ピストン３の不図示の前方終端位置では、後方段２２が、一部分７の内側で、内側電極対１８・１９のかろうじて左側にあり、前方段２３が、一部分７の外側で、外側電極対２０・２１のかろうじて左側にある。これにより、内側電極対１８・１９の全容量が、接続部Ｄ・Ｅとの間で、まさにその最小値に達し、外側電極対２０・２１の全容量が、接続部Ｆ・Ｇとの間で、まさにその最大値に達する。これについて、ツール解放ピストン３の変位行程は、前方室６の全軸上長に相当しているのではないが、これは上述したように、ツール解放ピストン３は、前方終端位置においては、シリンダー２の前面壁１７で停まるのではないからである点に気がつくであろう。
【００３５】
したがって、逆方向に可変である複数のコンデンサーを備えた、コンデンサーシステム形式の位置センサーが存在するのであるが、ここで、コンデンサーの極値のセットにより、ツール解放ピストン３が後方終端位置にあること、したがって、ツールクランプ装置が締め付け位置にあることが確実に示される。この特別な確実性は、ツール解放ピストン３の一部分７が、複数のコンデンサーに共通の電極の形態を有するコンデンサーシステムにおける必須の構成要素を形成するという点に基づく。
【００３６】
単一のコンデンサーに比べて、上述の複数のコンデンサーシステムの特別な利点は、金属の周辺部により生じる大きな浮遊容量に対してコンデンサーの変化をよりよく測定可能であるという点である。これにより、オフセットの大きさおよびノイズの大きさは、演算によりある程度消去することができる。図８に、評価に適したブリッジ回路形式の測定回路を示す。ここで、コンデンサーの内側直列回路および外側直列回路を、互いに並列で、互いに直交横断しないブリッジ分岐部に接続するが、これは、互いに同じ大きさの容量値Ｃを、同時にそれぞれ同じ量ΔＣだけ増加および減少させて、直交電圧に最大可能作用をかけるために行う。
【００３７】
それぞれ、コンデンサー電極として有効なツール解放ピストン３の中空円筒状の一部分７は、金属導電性を有するので、双方のコンデンサーブリッジ分岐部間で交差結合が存在し、この交差結合により、コンデンサーのうちの２つが互いに並列でブリッジに対して直列に接続されている。しかし、ハーフブリッジの基本的な構成は維持され続ける。図７のコンデンサーの接続部Ｄ〜Ｇは、図８中対応するように符号が付けられている。これらのコンデンサーにより、全体としてブリッジ回路を得るために、２つの適切なインピーダンスＺX・ＺYが相互接続されている。
【００３８】
ツール解放ピストン３の移動により逆方向に変化するコンデンサーを複数個用いて、それらをブリッジに相互接続するのは、とりわけ有利であると思えるが、ツール解放ピストン３の移動は、基本的には、可変の単一コンデンサーすなわち、電極１８・１９または２０・２１によりおよびツール解放ピストン３の一部分７により形成されたコンデンサーのみを測定することにより、検出可能である。あるいは、２つの可変の単一コンデンサーにおいて、ブリッジ中で相互接続させずに、２度別々に測定することも可能である。
【００３９】
図９に、本発明の第３実施形態を概略図示するが、ツールクランプ装置のこの部分図は、これも図３の部分図に相当し、すなわち、ツール解放ピストン３がその後方終端位置中にある締め付け位置を示している。図９中で認識できるように、ドローバーの方向に突出しているツール解放ピストン３の中空円筒状の一部分７の領域で、中空円筒の内側にも外側にも、それぞれ１つのコイル２４ないし２５が、互いに所定の軸上距離を隔てて配置されている。
【００４０】
コイル２４・２５は、第１実施形態の絶縁リング１２と同様に、特にこの目的のために形成されたリング状のノッチ中に配置されている。このノッチは、図９では、単純化のために図示はしていない。後述の測定効果を意図してより改良するために、コイル体として高透過性のある材料を用い、すなわち、上述のノッチをこのような材料で内張りすることにより、磁場がガイド体１４の周辺材料中に入ってくるのを、ほぼ防ぐことができる。図９より読み取れるように、ツール解放ピストン３の中空円筒状の一部分７は、双方のコイル２４・２５を覆い、このそれぞれのために磁心を形成するが、これは、この一部分７が強磁性材料製であることを前提としている。コイルの接続部は、絶縁されて外側に導かれる。これらの接続部には、Ｈ・ＩないしＪ・Ｋとの参照符号を付ける。
【００４１】
図９でさらに示すように、中空円筒状の一部分７は、第２実施形態の場合と同様に、軸上方向で互いにずらして置かれた２つの段２２・２３を有し、この段において、それぞれ断面が変わる。段２２は、ずっと後方すなわち図９中右で、かつ部分７の内側にあり、段２３は、ずっと前方すなわち図９中左で、部分７の外側にある。これにより、双方の段２２・２３の間では、段２２の右側や段２３の左側よりも厚さが大きくなる。ツール解放ピストン３が軸上方向に変位すると、後方段２２が内側コイル２４を超えて動き、前方段２３が外側コイル２５を超えて動くように、コイル２４・２５は、段２２・２３に対して相対的に配置されている。これにより、各インダクタンスが変化する。
【００４２】
双方の段２２・２３の方向により、ツール解放ピストン３のドローバー方向への変位、したがって解除位置へ移動は、一方では、内側コイル２４から磁心として有効な一部分７への距離を大きくし、したがってインダクタンス減少を引き起こす。他方、これは、外側コイル２５から磁心として有効な一部分７への距離を小さくし、したがってインダクタンス増大を引き起こす。ツール解放ピストン３が対向方向へ変位すると、逆のインダクタンス変化が生じる。
【００４３】
さらに、双方の段２２・２３の位置および軸上距離、ならびに、内側コイル２４および外側コイル２５の位置および軸上距離は互いに調整され、ツール解放ピストン３が軸上方向に変位する際に、内側インダクタンスの減少が同時に外側インダクタンスの増加を伴うようにされ、またその逆となるようにされる。さらに、ツール解放ピストン３の両終端位置のそれぞれにおいて、両コイルのうちの一方２４ないし２５が、まさにその最小インダクタンスに達し、かつ他方がまさにその最大インダクタンスに達するように、上述の距離と位置とが選択される。
【００４４】
図９では、上述の寸法規則が以下のように表現される。すなわち、ここで示されたツール解放ピストン３の後方終端位置において、後方段２２が、一部分７の内側で、内側コイル２４のかろうじて右側にあり、前方段２３が、一部分７の外側で、外側コイル２５のかろうじて右側にある。これにより、内側コイル２４のインダクタンスが、まさにその最大値に達し、外側コイルのインダクタンスが、まさにその最小値に達する。
【００４５】
ツール解放ピストン３の不図示の前方終端位置では、後方段２２が、一部分７の内側で、内側コイル２４のかろうじて左側にあり、前方段２３が、一部分７の外側で、外側コイル２５のかろうじて左側にある。これにより、内側コイル２４のインダクタンスが、まさにその最小値に達し、外側コイル２５のインダクタンスが、まさにその最大値に達する。これについて、ここでもツール解放ピストン３の変位行程は、前方室６の全軸上長に相当しているのではないが、これは上述したように、ツール解放ピストン３は、前方終端位置においては、シリンダー２の前面壁１７で停まるのではないからである点に気がつくであろう。
【００４６】
したがって、逆方向に可変である複数のコイルを備えた、コイルシステム形式の位置センサーが存在するのであるが、ここで、コイルの極値のセットにより、ツール解放ピストン３が後方終端位置にあることを、したがって、ツールクランプ装置が締め付け位置にあることが確実に示される。この特別な確実性は、ツール解放ピストン３の一部分７が、複数のコイルに共通の磁心の形態を有するコイルシステムにおける必須の構成要素を形成するという点に基づく。
【００４７】
単一のコイルに比べて、上述の複数のコイルシステムの特別な利点は、強磁性金属を備えた周辺部により生じる大きな漏洩インダクタンスに対してインダクタンスの変化をよりよく測定可能であるという点である。これにより、オフセットの大きさおよびノイズの大きさは、演算によりある程度消去することができる。評価の目的では、この実施形態においても同様に、とりわけブリッジ回路形式の測定回路が適している。このブリッジ回路は、図８に類似の、内側コイルおよび外側コイルを、互いに並列で互いに直交横断しないブリッジ分岐部へ接続した回路であるが、これは、互いに同じ大きさのインダクタンス値Ｌを、同時にそれぞれ同じ量ΔＬだけ増加および減少させて、直交電圧に最大可能作用をかけるために行う。それぞれ、磁心として有効なツール解放ピストン３の中空円筒状の一部分７は、両コイル２４・２５を覆うので、この場合、両誘導ブリッジ分岐部間には相互コイルが存在し、これは回路を設計する際に必要に応じて考慮されうる。しかし、ここで基本的に、１つの測定コイルのみを用いて作用することも基本的には可能であり、あるいは、２つの可変の単一コイルにおいて別々に測定することも可能である。
【００４８】
上述の説明により、当業者には、本発明を実現するための一連の変形可能性が明らかになる。したがって、第１実施形態では、操作部材は、研磨リングの代わりに柔軟な研ぎ物形状で導かれたワイヤを、固定の点で接触させることも可能である。これは、このようなワイヤが移動するための十分な移動空間がある場合に可能である。さらに、所定の接点位置を決めるために、シリンダーの背面壁またはツール解放ピストンの正面に、バネ体を設けることも可能である。この場合、シリンダーないしツール解放ピストン自身が、接触面を形成することはなくなるが、これらは、まだ電極の一構成要素である。第２実施形態および第３実施形態では、逆に、興味のある操作部材の後方の端部位置を検出するために単一のコンデンサーないしコイルがあれば十分であるが、しかしながら、この場合、浮遊容量または漏洩インダクタンスがゆえに、実質的により大きな回路労力が必要となるであろう。このような比肩可能な変更は、当業者の裁量の範囲内にあるので、請求項により保護範囲に入るべきである。
【符号の説明】
【００４９】
１    ドローバー（Ｚｕｇｓｔａｎｇｅ）
２    （流体圧）シリンダー
３    ツール開放ピストン（操作部材）
４    （ピストン３の）後ろ正面
５    ストッパー
６    前方室
７    （ピストン３の）一部分
８    後方室
９    背面壁（ストッパー）
１０    側壁
１１    研磨リング
１２    電気絶縁リング
１３    ノッチ
１４    ガイド板
１５    ワイヤ
１６    弾性風刺リング
１７    （シリンダー２の）全面壁
１８〜２１    電極
２２・２３    段
２４・２５    コイル
Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ  接続端子（外部接続部）
Ｆ・Ｇ・Ｈ・Ｉ  接続端子（外部接続部）
Ｊ・Ｋ  接続端子（外部接続部）
ＳＴ    シュミットトリガー
Ｕ0    電源（電圧）
ＲP    プルアップ抵抗
ＲN    接地抵抗
Ｓ    スイッチ
Ｐ    レベル変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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