Condition Monitoring einer Schleifmaschine – Realisierung einer "fühlenden Schleifspindel" durch integrierte Sensoren

Zielsetzung

Kabellose Integration von Funksensoren in eine Schleifspindel einer Werkzeugmaschine zur Messung auftretender Schwingungen und Kräfte während des Schleifprozesses

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Kunde

Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Leibniz Universität Hannover

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Zeitraum

2021 / 2022

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Herausforderungen

• Äußerst kleiner Bauraum (30 x 5 x 5-8,5) mm
• Akkuladung ohne Umrüsten der Maschine
• Beständigkeit der Elektronik gegen hohe Temperaturen (85°C)
• Kabellose Datenübertragung aus dem Inneren der Maschine
• Elektromagnetische Störungen durch den zusätzlichen Erodierprozess und den Spindelantrieb

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Umsetzung

• Integration eines kabellosen Messsystems in vier winzigen Aussparungen einer Schleifspindel
• Entwicklung einer Platine zur Datenerfassung (DAQ) und Datenübertragung mit integrierter MEMS 6-DoF-IMU zur Messung von Beschleunigungen, Drehraten und der Temperatur (16 bits, bis zu 6,5 kHz Abtastrate) sowie zum Anschluss von 4 Halbleiter – DMS Vollbrücken (24 bits, bis zu 1,5 kHz Abtastrate)
• Entwicklung einer Platine als Power-Management-Board zur Anbindung des Li-Ion-Akkus
• Bei Stillstand der Maschine: Autonomer Anschluss einer Spannungsquelle über einen Taststift zur Ladung des Li-Ion-Akkus mit hoher Ladeleistung (2 Minuten Akku laden für 8 Minuten Laufzeit, max. 80 Minuten)
• Kabellose Datenübertragung über Platinen-integrierte Antenne per 2,4 GHz Funkverbindung zu einem Empfangsmodul nemi Connect

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Vorteile

• Strukturintegriertes Messen von Zustandsdaten einer autonomen Werkzeugmaschine
• Abbildung sensitiver Eigenschaften durch integrierte Sensoren
• Zuverlässige kabellose Datenübertragung auch durch Dichtung und Gehäuse der Werkzeugmaschine
• Serientaugliches Energieversorgungskonzept
• Autonome, schnelle Akkuladung während kurzer Stillstandszeiten der Werkzeugmaschine
• Hohe Messdatenqualität /niedriges Rauschen durch Energieversorgung per Akku

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Eingesetzte nemione^® Produkte

• nemi Connect