EP4767126A1 - Einheit zur datenerfassung und -verarbeitung für einen antriebsmotor einer werkzeugmaschine und motorspindel - Google Patents

Einheit zur datenerfassung und -verarbeitung für einen antriebsmotor einer werkzeugmaschine und motorspindel

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EP4767126A1
EP4767126A1 EP24776137.2A EP24776137A EP4767126A1 EP 4767126 A1 EP4767126 A1 EP 4767126A1 EP 24776137 A EP24776137 A EP 24776137A EP 4767126 A1 EP4767126 A1 EP 4767126A1
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EP
European Patent Office
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unit
spindle
motor
data
data acquisition
Prior art date
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Pending
Application number
EP24776137.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Möller
Jens FALKER
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Paul Mueller GmbH and Co KG Unternehmensbeteiligungen
Original Assignee
Paul Mueller GmbH and Co KG Unternehmensbeteiligungen
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G05B19/042—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output

Definitions

  • the invention relates to a unit for data acquisition and processing for a drive motor of a machine tool, in particular for a motor spindle of a machine tool, as well as a motor spindle of a machine tool.
  • Motor spindles are an example of such drive motors.
  • Motor spindles for machine tools are known as state of the art. These are connected to the machine control of the machine tool via cable connections to control the tool clamped in the motor spindle and to record sensor data from the motor spindle (e.g. temperature of a spindle bearing, motor temperature, speed).
  • sensor data e.g. temperature of a spindle bearing, motor temperature, speed.
  • the invention is based on the object of creating a particularly advantageous connection option for transmitting data between a drive motor and a machine control of a machine tool.
  • the unit according to the invention for data acquisition and processing for a drive motor of a machine tool has at least one analog input interface for connection to sensors integrated in the drive motor, at least one digital input interface for connection to functional units integrated in the drive motor (e.g. a release unit for releasing a tool clamped in the drive motor), an electronic computing and storage unit for storing and processing the data made available via the input interfaces, an output interface for outputting the stored and/or processed data and a housing in which the input interfaces, the electronic computing and storage unit and the output interface are accommodated.
  • Such a data acquisition and processing unit provides a particularly advantageous connection option for transmitting data between a drive motor of the machine tool and a machine control system of the machine tool.
  • the data generated by the sensors and the functional units of the drive motor are centrally brought together in this unit and bundled - namely via the output interface - forwarded to the machine control system of the machine tool.
  • the necessary interfaces between the drive motor and the machine control system are thus simplified or reduced.
  • the required cable connections are reduced accordingly and the space required is reduced.
  • the received data can be stored and/or further processed in the electronic computing and storage unit. In this way, the amount of data that has to be transmitted to the machine control system can be reduced.
  • the housing is designed as a hollow cylindrical housing. The space required is thus further reduced.
  • a vibration sensor in particular a vibration sensor with three measuring axes, is also arranged in the housing, the sensor data of which is also stored and/or processed by the electronic computing and storage unit.
  • the vibration sensor can be used to record and/or monitor vibrations of the drive motor during operation and also to detect shocks in the drive motor when it is removed (e.g. during transport of the drive motor). It is also possible to detect vibrations or shocks in the data acquisition and processing unit itself.
  • the housing is advantageously connected to the drive motor by means of a flange connection. This enables a particularly stable connection. If the data acquisition and processing unit is equipped with a vibration sensor, the flange connection is particularly advantageous because it ensures that vibrations that arise in the drive motor are reliably transmitted to the data acquisition and processing unit and can be detected there by the vibration sensor.
  • the input interfaces in the area of a base area of the hollow cylindrical housing and the output interface in the area of a base area of the hollow cylindrical housing in a If the unit for data acquisition and processing is equipped with a vibration sensor, this is also advantageously embedded in a casting compound. Embedding ensures that the elements are positioned in a particularly stable manner. It also ensures that vibrations are reliably transmitted to the vibration sensor.
  • the housing is made of metal, in particular stainless steel. In this way, particularly robust and long-lasting protection against mechanical influences can be achieved.
  • the output interface can be designed as a bidirectional interface, in particular as an interface according to the IO-Link standard. In this way, not only is data transfer from the drive motor to the machine control possible, but also data transfer from the machine control to the drive motor. This further increases the functionality of the unit for data acquisition and processing and reduces the need for additional interfaces between the drive motor and the machine control.
  • the electronic computing and storage unit is also designed to store and/or process static data and/or operating data of the drive motor and to compare the stored and/or processed data with limit values and, if one of the limit values is reached, to issue a warning message.
  • the unit can be used flexibly for data acquisition and processing and can forward the acquired/processed data if necessary.
  • Data collection and processing also includes an updating unit that is designed to modify the static data and/or operating data of the drive motor stored in the electronic computing and storage unit.
  • the motor spindle according to the invention for a machine tool has a spindle shaft with a front-side tool holder, a spindle base body in which the spindle shaft is rotatably mounted, an electric motor for driving the spindle shaft, at least one temperature sensor for detecting a bearing temperature, an electric motor temperature and/or a coolant temperature of the motor spindle and the unit for data acquisition and processing, wherein one of the input interfaces is connected to the temperature sensor.
  • the motor spindle advantageously has a number of other sensors and/or functional units, in particular temperature sensors for determining the temperatures of the spindle bearings, the electric motor or the coolant, as well as sensors/functional units for determining the drawbar position, for determining the axial displacement of the spindle shaft, for monitoring the planar contact, for monitoring and releasing a tool held in the tool holder, for determining a speed and/or a rotation angle of the spindle shaft, for determining and monitoring a hydraulic pressure.
  • These sensors and/or functional units are connected to the data acquisition and processing unit, so that their electronic computing and Storage unit can store and/or process the data made available by them via the input interfaces.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a motor spindle for a machine tool with a flanged unit for data acquisition and processing;
  • Fig. 2 is a schematic side view of the data acquisition and processing unit of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of the data acquisition and processing unit from Fig. 1 and its interaction with other units of the motor spindle and the machine control.
  • Fig. 1 shows a schematic of a motor spindle 1 for a machine tool.
  • the motor spindle 1 is an example of a high-speed drive motor of a machine tool.
  • the motor spindle 1 has a spindle shaft 2, which has a tool holder 3 on the front.
  • the tool holder 3 is used to hold a tool (e.g. drilling or milling tool) with the aid of which the machine tool machines the workpiece.
  • the spindle shaft 2 is rotatably mounted via bearings 4 and 5 in an essentially cylindrically shaped spindle base body 6.
  • the motor spindle 1 also has an electric motor 7 for driving the spindle shaft 2.
  • the electric motor 7 typically has a stator arranged in the spindle base body 5 and a rotor arranged on the spindle shaft 2.
  • the motor spindle 1 is also provided with a first temperature sensor 8 for detecting the temperature of the bearing 4, a second temperature sensor 9 for detecting the temperature of the bearing 5, a third temperature sensor 10 for detecting the temperature of the electric motor 7 and a fourth temperature sensor 11 for detecting the temperature of the coolant flowing through the motor spindle.
  • a release unit 12 is used to carry out and monitor the release process of the tool from the tool holder and represents a functional unit in the present sense.
  • a speed sensor 13 is used to detect the speed and/or the angle of rotation of the spindle shaft 2.
  • a unit for data acquisition and processing 14 is flanged to the spindle base body 2 via a flange connection 15.
  • the temperature sensors 8 to 11 as well as the release unit 12 and the speed sensor 13 are connected to the unit for data acquisition and processing 14 via signal lines (shown in dashed lines in Fig. 1) so that data communication can take place between these elements.
  • the data acquisition and processing unit 14 has a plurality of analog input interfaces 16 and digital input interfaces 17.
  • the digital input interfaces 17 are designed as interfaces according to the RS485 standard.
  • the temperature sensors 8 to 11 as well as the release unit 12 and the speed sensor 13 are connected to the data acquisition and processing unit 14 via these input interfaces 16 and 17.
  • the data acquisition and processing unit 14 also has an electronic computing and storage unit 18 for storing and Processing the data provided via the input interfaces 16 and 17, a vibration sensor 19 and an output interface 20.
  • the vibration sensor 19 is connected to the computing and storage unit 18 so that its sensor data can be stored and/or processed by the computing and storage unit 18.
  • the output interface 20 is designed as a bidirectional digital interface and is used to output the data stored and/or processed by the computing and storage unit 18 to a machine control 21 of the machine tool and to receive data that is sent from the machine control 21 to the data acquisition and processing unit 14.
  • the output interface 20 is designed as an interface according to the IO-Link standard.
  • the elements of the data acquisition and processing unit 14 described above are housed in a hollow cylindrical housing made of stainless steel.
  • the input interfaces 16 and 17 are embedded in a potting compound in the area of a base surface of the housing.
  • the output interface 20 is embedded in a potting compound in the area of a cover surface of the housing - i.e. an area opposite the input interfaces 16 and 17.
  • the vibration sensor and the computing and storage unit 18 are also embedded in a potting compound.
  • the data generated by the sensors - in the exemplary embodiment the reference numerals 8, 9, 10, 13 - and/or the functional units of the motor spindle 1 - in the exemplary embodiment the reference numeral 12 - are fed via the input interfaces 16, 17 to the unit for data acquisition and processing 14. There, these - as well as the data of the Vibration sensor 19 - is stored and further processed by the computing and storage unit 18.
  • the computing and storage unit 18 stores both static data (e.g. identification numbers, information on the installation location or operator) of the motor spindle 1 and/or the data acquisition and processing unit 14, as well as operating data (e.g. status, temperature, speed, clamping state, operating hours) of the motor spindle 1 and/or the data acquisition and processing unit 14. This data is also further processed by the computing and storage unit 18, if necessary also compressed using suitable methods and/or brought into a displayable form (e.g. histograms).
  • static data e.g. identification numbers, information on the installation location or operator
  • operating data e.g.
  • Limit or warning values for certain parameters can also be stored in the computing and storage unit 18 and the computing and storage unit 18 can be programmed in such a way that it compares the stored and/or processed data with the limit or warning values and, if one of the limit or warning values is reached, issues a warning message.
  • the stored and/or processed data are output via the output interface 20 to the machine control 21 of the machine tool.
  • the data acquisition and processing unit 14 can have a further interface for transmitting the stored and/or processed data outside the machine control 21. In this way, the data of the motor spindle 1 can be transmitted directly, bypassing the machine control 21.
  • the sensors 8, 9, 10, 11 and 13 of the motor spindle 1 are connected to the data acquisition and processing unit 14 via analog input interfaces 16. However, it is also possible to connect all or some of the sensors 8, 9, 10, 11 and 13 to the data acquisition and processing unit 14 via digital input interfaces 17.
  • the update unit is designed to modify the static data (e.g. identification numbers, information about the installation location or operator) of the motor spindle 1 stored in the computing and storage unit 18 if necessary, in particular to replace the data stored there with more current static data.
  • the update unit can access the computing and storage unit 18 by means of remote access via a communication network (wired or wireless).
  • the digital input interfaces 17 are designed as interfaces according to the RS485 standard. However, it is also possible to design some or all of the input interfaces 17 as interfaces according to a different standard.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) für einen Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Motorspindel (1) einer Werkzeugmaschine, sowie eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine. Die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) weist mindestens eine analoge Eingangsschnittstelle (16) zur Verbindung mit in dem -Antriebsmotor integrierten Sensoren (8, 9, 10, 11, 13), mindestens eine digitale Eingangsschnittstelle (17) zur Verbindung mit in dem Antriebsmotor integrierten Funktionseinheiten (12), eine elektronische Rechen- und Speichereinheit (18) zum Speichern und Verarbeiten der über die Eingangsschnittstellen (16, 17) zur Verfügung gestellten Daten, eine Ausgangsschnittstelle (20) zur Ausgabe der gespeicherten und/oder der verarbeiteten Daten und ein Gehäuse, in dem die Eingangsschnittstellen (16, 17), die elektronische Rechen- und Speichereinheit (18) sowie die Ausgangsschnittstelle (20) untergebracht sind, auf.

Description

Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung für einen Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine und Motorspindel
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung für einen Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine, sowie eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine.
Hochdrehende Antriebsmotor für Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt. Motorspindeln sind ein Beispiel für derartige Antriebsmotoren. Als Stand der Technik sind Motorspindeln für Werkzeugmaschinen bekannt, die zur Ansteuerung des in die Motorspindel eingespannten Werkzeugs und zur Erfassung von Sensordaten der Motorspindel (z.B. Temperatur eines Spindellagers, Motortemperatur, Drehzahl) über Kabelverbindungen mit der Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine verbunden sind. Bei einer steigenden Anzahl von Sensoren in der Motorspindel führt dies jedoch zu einem erhöhten Platzbedarf und komplexen Kabelführungen. Außerdem steigt die Menge an zu übertragenden Daten an, sodass die Arbeitsbelastung der Maschinensteuerung ebenfalls ansteigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders vorteilhafte Verbindungsmöglichkeit zur Übertragung von Daten zwischen einem Antriebsmotor und einer Maschinensteuerung einer Werkzeugmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die erfindungsgemäße Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung für einen Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine, weist mindestens eine analoge Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit in dem Antriebsmotor integrierten Sensoren, mindestens eine digitale Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit in dem Antriebsmotor integrierten Funktionseinheiten (z.B. eine Löseeinheit zum Lösen eines in den Antriebsmotor eingespannten Werkzeugs), eine elektronische Rechen- und Speichereinheit zum Speichern und Verarbeiten der über die Eingangsschnittstellen zur Verfügung gestellten Daten, eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe der gespeicherten und/oder der verarbeiteten Daten und ein Gehäuse, in dem die Eingangsschnittstellen, die elektronische Rechen- und Speichereinheit sowie die Ausgangsschnittstelle untergebracht sind, auf.
Durch eine derartige Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung eine besonders vorteilhafte Verbindungsmöglichkeit zur Übertragung von Daten zwischen einem Antriebsmotor der Werkzeugmaschine und einer Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine möglich. So werden die von den Sensoren und den Funktionseinheiten des Antriebsmotors erzeugten Daten zentral in dieser Einheit zusammengeführt und gebündelt - nämlich über die Ausgangsschnittstelle - an die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine weitergeleitet. Die nötigen Schnittstellen zwischen dem Antriebsmotor und der Maschinensteuerung werden dadurch vereinfacht bzw. reduziert. Die benötigten Kabelverbindungen verringern sich entsprechend und der Platzbedarf reduziert sich. Des Weiteren kann in der elektronische Rechen- und Speichereinheit eine Speicherung und/oder eine Weiterverarbeitung der empfangenen Daten erfolgen. Auf diese Weise kann die Datenmenge, die zur Maschinensteuerung übertragen werden muss, reduziert werden. Durch die Unterbringung der Eingangsschnittstellen, der elektronischen Rechen- und Speichereinheit sowie der Ausgangsschnittstelle in einem Gehäuse sind die oben genannten Elemente vor mechanischer Einwirkung geschützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als hohlzylindrisches Gehäuse ausgebildet. Der benötigte Platzbedarf wird auf diese Weise weiter reduziert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Gehäuse ferner ein Vibrationssensor, insbesondere ein Vibrationssensor mit drei Messachsen, angeordnet, dessen Sensordaten ebenfalls von der elektronischen Rechen- und Speichereinheit gespeichert und/oder verarbeitet werden. Durch den Vibrationssensor können zum einen Vibrationen des Antriebsmotors während des Betriebs aufgezeichnet und/oder überwacht und zum anderen auch Erschütterung des Antriebsmotors im ausgebauten Zustand (z.B. während des Transports des Antriebsmotors) detektiert werden. Auch ist es möglich, Vibrationen bzw. Erschütterungen der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung selbst zu detektieren.
In vorteilhafter Weise ist das Gehäuse mittels einer Flanschverbindung mit dem Antriebsmotor verbunden. Dadurch ist eine besonders lagestabile Verbindung möglich. Ist die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung mit einem Vibrationssensor ausgestattet, ist die Flanschverbindung besonders vorteilhaft, da auf diese Weise sichergestellt ist, dass Vibrationen, die in dem Antriebsmotor entstehen, zuverlässig an die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung übertragen und dort durch den Vibrationssensor detektiert werden können.
Des Weiteren können die Eingangsschnittstellen im Bereich einer Grundfläche des hohlzylindrischen Gehäuses und die Ausgangsschnittstelle im Bereich einer Grundfläche des hohlzylindrischen Gehäuses in einer Vergussmasse eingebettet sein. Ist die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung mit einem Vibrationssensor ausgestattet, ist auch dieser in vorteilhafter Weise in eine Vergussmasse eingebettet. Durch das Einbetten ist eine besonders lagestabile Positionierung der Elemente gegeben. Auch ist sichergestellt, dass Vibrationen zuverlässig an den Vibrationssensor übertragen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das Gehäuse aus Metall, insbesondere aus Edelstahl. Auf diese Weise kann ein besonders robuster und langlebiger Schutz vor mechanischen Einwirkungen erreicht werden.
Die Ausgangsschnittstelle kann als bidirektionale Schnittstelle, insbesondere als Schnittstelle nach dem IO-Link-Standard, ausgebildet sein. Auf diese Weise ist nicht nur die Datenübertragung von dem Antriebsmotor in Richtung der Maschinensteuerung möglich, sondern auch eine Datenübertragung von der Maschinensteuerung in Richtung des Antriebsmotors. Damit wird die Funktionalität der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung weiter erhöht und der Bedarf an weiteren Schnittstellen zwischen dem Antriebsmotor und der Maschinensteuerung verringert sich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die elektronische Rechen- und Speichereinheit dazu eingerichtet, außerdem zum einen statische Daten und/oder Betriebsdaten des Antriebsmotors zu speichern und/oder zu verarbeiten und zum anderen die gespeicherten und/oder verarbeiteten Daten mit Grenzwerten zu vergleichen und, wenn einer der Grenzwerte erreicht ist, eine Warnmeldung auszugeben . Auf diese Weise kann die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung flexibel eingesetzt werden und die ermittelten/verarbeiteten Daten ggf. weiterleiten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Einheit zur
Datenerfassung und -Verarbeitung ferner eine Aktualisierungseinheit auf, die ausgebildet ist, die in der elektronischen Rechen- und Speichereinheit gespeicherten statischen Daten und/oder Betriebsdaten des Antriebsmotors zu modifizieren.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorspindel für eine Werkzeugmaschine mit einer besonders vorteilhaften Verbindungsmöglichkeit zur Übertragung von Daten zwischen der Motorspindel und einer Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine anzubieten.
Die erfindungsgemäße Motorspindel für eine Werkzeugmaschine weist eine Spindelwelle mit stirnseitiger Werkzeugaufnahme, einen Spindelgrundkörper, in dem die Spindelwelle drehbar gelagert ist, einen Elektromotor zum Antrieb der Spindelwelle, mindestens einen Temperatursensor zur Detektion einer Lagertemperatur, einer Elektromotortemperatur und/oder einer Kühlmitteltemperatur der Motorspindel und die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung auf, wobei eine der Eingangsschnittstellen mit dem Temperatursensor verbunden ist.
In vorteilhafter Weise weist die Motorspindel noch eine Mehrzahl weiterer Sensoren und/oder Funktionseinheiten, insbesondere Temperatursensoren zur Bestimmung der Temperaturen der Spindellager, des Elektromotors oder des Kühlmittels sowie Sensoren/Funktionseinheiten zur Bestimmung der Zugstangenposition, zur Bestimmung der axialen Verlagerung der Spindelwelle, zur Überwachung der Plananlage, zur Überwachung und zum Lösen eines in der Werkzeugaufnahme aufgenommenen Werkzeugs, zur Bestimmung einer Drehzahl und/oder eines Drehwinkels der Spindelwelle, zur Bestimmung und Überwachung eines Hydraulikdrucks. Diese Sensoren und/oder Funktionseinheiten sind mit der Einheit zur Datenerfassung und - Verarbeitung verbunden, sodass durch deren elektronische Rechen- und Speichereinheit Speichern und/oder Verarbeiten der von diesen über die Eingangsschnittstellen zur Verfügung gestellten Daten erfolgen kann.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert, wobei im Ausführungsbeispiel der Antriebsmotor der Werkzeugmaschine als Motorspindel ausgebildet ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Motorspindel für eine Werkzeugmaschine mit angeflanschter Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung aus Fig. 1 ; und
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung aus Fig. 1 sowie deren Zusammenwirkung mit weiteren Einheiten der Motorspindel und der Maschinensteuerung.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Motorspindel 1 für eine Werkzeugmaschine. Die Motorspindel 1 ist ein Beispiel für einen hochdrehenden Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine. Die Motorspindel 1 weist ein Spindelwelle 2 auf, die stirnseitig eine Werkzeugaufnahme 3 besitzt. Die Werkzeugaufnahme 3 dient zur Aufnahme eines Werkzeugs (z.B. Bohr- oder Fräswerkzeug), mit Hilfe dessen die Werkzeugmaschine das Werkstück bearbeitet. Die Spindelwelle 2 ist über Lager 4 und 5 drehbar in einem im Wesentlichen zylindrisch geformten Spindelgrundkörper 6 gelagert. Des Weiteren weist die Motorspindel 1 einen Elektromotor 7 zum Antrieb der Spindelwelle 2 auf. Typischerweise besitzt der Elektromotor 7 einen im Spindelgrundkörper 5 angeordneten Stator und einen an der Spindelwelle 2 angeordneten Rotor. Die Motorspindel 1 ist ferner mit einem ersten Temperatursensor 8 zur Detektion der Temperatur des Lagers 4, einen zweiten Temperatursensor 9 zur Detektion der Temperatur des Lagers 5, einen dritten Temperatursensor 10 zur Detektion der Temperatur des Elektromotors 7 und einen vierten Temperatursensor 11 zur Detektion der Temperatur des durch die Motorspindel fließenden Kühlmittels. Eine Löseeinheit 12 dient zur Ausführung und Überwachung des Lösevorgangs des Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme und stellte eine Funktionseinheit im vorliegenden Sinn dar. Ein Drehzahlsensor 13 dient zur Detektion der Drehzahl und/oder des Drehwinkels der Spindelwelle 2.
Auf der der Werkzeugaufnahme entgegengesetzten Stirnseite der Motorspindel 1 ist eine Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 an den Spindelgrundkörper 2 über eine Flanschverbindung 15 angeflanscht. Die Temperatursensoren 8 bis 11 sowie die Löseeinheit 12 und der Drehzahlsensor 13 sind über Signalleitungen (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) mit der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 verbunden, sodass eine Datenkommunikation zwischen diesen Elementen erfolgen kann.
Fig. 2 und Fig. 3 beschreiben die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 näher. Die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 weist eine Mehrzahl von analogen Eingangsschnittstellen 16 und digitalen Eingangsschnittstellen 17 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die digitalen Eingangsschnittstellen 17 als Schnittstellen nach dem RS485- Standard ausgebildet. Durch diese Eingangsschnittstellen 16 und 17 sind die Temperatursensoren 8 bis 11 sowie die Löseeinheit 12 und der Drehzahlsensor 13 mit der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 verbunden.
Die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 weist außerdem einer elektronischen Rechen- und Speichereinheit 18 zum Speichern und Verarbeiten der über die Eingangsschnittstellen 16 und 17 zur Verfügung gestellten Daten, einen Vibrationssensor 19 sowie eine Ausgangsschnittstelle 20 auf.
Der Vibrationssensor 19 ist mit der Rechen- und Speichereinheit 18 verbunden, sodass dessen Sensordaten der Rechen- und Speichereinheit 18 gespeichert und/oder verarbeitet werden können.
Die Ausgangsschnittstelle 20 ist als bidirektionale digitale Schnittstelle ausgebildet und dient der Ausgabe der durch die Rechen- und Speichereinheit 18 gespeicherten und/oder der verarbeiteten Daten an eine Maschinensteuerung 21 der Werkzeugmaschine und dem Empfang von Daten, die von der Maschinensteuerung 21 an die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 gesendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsschnittstelle 20 als Schnittstelle nach dem IO-Link-Standard ausgebildet.
Die oben beschriebenen Elemente der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 sind in einem hohlzylindrischen Gehäuse aus Edelstahl untergebracht. Die Eingangsschnittstellen 16 und 17 sind hierbei im Bereich einer Grundfläche des Gehäuses in eine Vergussmasse eingebettet. Die Ausgangsschnittstelle 20 ist im Bereich einer Deckfläche des Gehäuses - also einem den Eingangsschnittstellen 16 und 17 gegenüberliegenden Bereich - in eine Vergussmasse eingebettet. Auch der Vibrationssensor und die Rechen- und Speichereinheit 18 sind in eine Vergussmasse eingebettet.
Die von den Sensoren - im Ausführungsbeispiel die Bezugszeichen 8, 9, 10, 13 - und/oder den Funktionseinheiten der Motorspindel 1 - im Ausführungsbeispiel das Bezugszeichen 12 - generierten Daten werden über die Eingangsschnittstellen 16, 17 der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 zugeführt. Dort werden diese - wie auch die Daten des Vibrationssensors 19 - durch die Rechen- und Speichereinheit 18 gespeichert und weiterverarbeitet. Insbesondere speichert die Rechen- und Speichereinheit 18 sowohl statische Daten (z.B. Kennnummern, Informationen über Aufstellort oder Betreiber) der Motorspindel 1 und/oder der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14, als auch Betriebsdaten (z.B. Status, Temperatur, Drehzahl, Spannzustand, Betriebsstunden) der Motorspindel 1 und/oder der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14. Diese Daten werden von der Rechen- und Speichereinheit 18 auch weiterverarbeitet, gegebenenfalls auch durch geeignete Verfahren komprimiert und/oder in eine darstellbare Form (z.B. Histogramme) gebracht.
Auch können in der Rechen- und Speichereinheit 18 Grenz- oder Warnwerte für bestimmte Parameter (z.B. Temperaturgrenzwerte, Vibrationsgrenzwerte, Drehzahlgrenzwerte) gespeichert sein und die Rechen- und Speichereinheit 18 kann derart programmiert sein, dass diese die gespeicherten und/oder verarbeiteten Daten mit den Grenz- oder Warnwerten vergleicht und, wenn einer der Grenz- oder Warnwerte erreicht wird, eine Warnmeldung ausgibt.
Schließlich erfolgt die Ausgabe der gespeicherten und/oder verarbeiteten Daten über die Ausgangsschnittstelle 20 an die Maschinensteuerung 21 der Werkzeugmaschine.
Obwohl in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt kann die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 eine weitere Schnittstelle zur Übertragung der gespeicherten und/oder verarbeiteten Daten nach außerhalb der Maschinensteuerung 21 besitzen. Auf diese Weise können die Daten der Motorspindel 1 unter Umgehung der Maschinensteuerung 21 direkt weiterübertragen werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 8, 9, 10, 11 und 13 der Motorspindel 1 über analoge Eingangsschnittstellen 16 mit der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 verbunden. Es ist jedoch auch möglich alle oder einige der Sensoren 8, 9, 10, 11 und 13 über digitale Eingangsschnittstellen 17 mit der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung 14 zu verbinden.
In den Figuren nicht explizit dargestellt ist eine Aktualisierungseinheit. Die Aktualisierungseinheit ist ausgebildet, die in der Rechen- und Speichereinheit 18 gespeicherten statische Daten (z.B. Kennnummern, Informationen über Aufstellort oder Betreiber) der Motorspindel 1 bei Bedarf zu modifizieren, insbesondere die dort gespeicherten Daten durch aktuellere statische Daten zu ersetzen. Hierfür kann die Aktualisierungseinheit mittels Fernzugriff über ein Kommunikationsnetzwerk (drahtgebunden oder drahtlos) auf die Rechen- und Speichereinheit 18 zugreifen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die digitalen Eingangsschnittstellen 17 als Schnittstellen nach dem RS485-Standard ausgebildet. Es ist jedoch auch möglichen, einige oder alle Eingangsschnittstellen 17 als Schnittstellen nach einem anderen Standard auszubilden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Motorspindel
2 Spindelwelle
3 Werkzeugaufnahme
4, 5 Lager
6 Spindelgrundkörper
7 Elektromotor , 9, 10, 11 Temperatursensor
12 Löseeinheit
13 Drehzahlsensor
14 Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung
15 Flanschverbindung
16 Analoge Eingangsschnittstellen
17 Digitale Eingangsschnittstellen
18 elektronische Rechen- und Speichereinheit
19 Vibrationssensor
20 Ausgangsschnittstelle
21 Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) für einen Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Motorspindel (1 ) einer Werkzeugmaschine, aufweisend: mindestens eine analoge Eingangsschnittstelle (16) zur Verbindung mit in dem -Antriebsmotor integrierten Sensoren (8, 9, 10, 11 , 13); mindestens eine digitale Eingangsschnittstelle (17) zur Verbindung mit in dem Antriebsmotor integrierten Funktionseinheiten (12); eine elektronische Rechen- und Speichereinheit (18) zum Speichern und Verarbeiten der über die
Eingangsschnittstellen (16, 17) zur Verfügung gestellten Daten; eine Ausgangsschnittstelle (20) zur Ausgabe der gespeicherten und/oder der verarbeiteten Daten; und ein Gehäuse, in dem die Eingangsschnittstellen (16, 17), die elektronische Rechen- und Speichereinheit (18) sowie die Ausgangsschnittstelle (20) untergebracht sind.
2. Einheit nach Anspruch 1 ferner aufweisend einen im Gehäuse angeordneten Vibrationssensor (19), wobei die elektronische Rechen- und Speichereinheit (18) dazu eingerichtet ist, Sensordaten des Vibrationssensors (19) zu speichern und zu verarbeiten.
3. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche ferner aufweisend eine Flanschverbindung (15) zur Verbindung des Gehäuses mit dem Antriebsmotor.
4. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse als hohlzylindrische Gehäuse ausgebildet ist, insbesondere als hohlzylindrisches Gehäuse aus Metall, insbesondere aus Edelstahl.
5. Einheit nach Anspruch 4, wobei die Eingangsschnittstellen (16, 17) im Bereich einer Grundfläche des hohlzylindrischen Gehäuses in einer Vergussmasse eingebettet sind und die Ausgangsschnittstelle (20) im Bereich einer Deckfläche des hohlzylindrischen Gehäuses in einer Vergussmasse eingebettet ist.
6. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgangsschnittstelle (20) als bidirektionale Schnittstelle, insbesondere als Schnittstelle nach dem IO-Link-Standard, ausgebildet ist.
7. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine digitale Eingangsschnittstelle (17) als Schnittstelle nach dem RS485-Standard ausgebildet ist.
8. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Rechen- und Speichereinheit (18) dazu eingerichtet ist, statische Daten und/oder Betriebsdaten des Antriebsmotors zu speichern und/oder zu verarbeiten.
9. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Rechen- und Speichereinheit (18) dazu eingerichtet ist, die gespeicherten und/oder verarbeiteten Daten mit Grenzwerten zu vergleichen und, wenn einer der Grenzwerte erreicht ist, eine Warnmeldung auszugeben.
10. Motorspindel (1 ) für eine Werkzeugmaschine, aufweisend: eine Spindelwelle (2) mit stirnseitiger Werkzeugaufnahme (3); einen Spindelgrundkörper (6), in dem die Spindelwelle (2) drehbar gelagert ist; einen Elektromotor (7) zum Antrieb der Spindelwelle (2); mindestens einen Temperatursensor (8, 9, 10, 11 ) zur Detektion einer Lagertemperatur, einer Elektromotortemperatur und/oder einer Kühlmitteltemperatur der Motorspindel (1 ); und eine Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Eingangsschnittstellen (16, 17) mit dem Temperatursensor (8, 9, 10, 11 ) verbunden ist.
11 . Motorspindel nach Anspruch 10 ferner aufweisend einen Drehzahlsensor (13), wobei eine der Eingangsschnittstellen (16, 17) der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) mit dem Drehzahlsensor (13) verbunden ist.
12. Motorspindel nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 ferner aufweisend eine Löseeinheit (12), wobei die mindestens eine digitale Eingangsschnittstelle (17) der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) mit der Löseeinheit (12) verbunden ist.
13. Motorspindel nach einem der Ansprüche 10 bis 12 ferner aufweisend einen Sensor zur Detektion einer axialen Verlagerung der Spindelwelle (2) relativ zum Spindelgrundkörper (6), wobei eine der Eingangsschnittstellen (16, 17) der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) mit dem Sensor zur Detektion einer axialen Verlagerung der Spindelwelle (2) verbunden ist.
14. Motorspindel nach einem der Ansprüche 10 bis 13 ferner aufweisend einen Sensor zur Werkzeugüberwachung, wobei eine der Eingangsschnittstellen (16, 17) der Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) mit dem Sensor zur Werkzeugüberwachung verbunden ist.
15. Motorspindel nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Einheit zur Datenerfassung und -Verarbeitung (14) am der Werkzeugaufnahme (3) gegenüberliegenden Stirnbereich des Spindelgrundkörpers (6) an dem Spindelgrundkörper (6) angeflanscht ist.
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