Verschleiß sensorgestützt genau im Blick

379945 CNC Dreh Fraesmaschine3 1
Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Zerspant ein Drehmeißel nicht mehr exakt nach Maß einen zu bearbeitenden Metallrohling oder bricht ein Bohrer in einer linearen Transferstraße, steht die Fertigung oft so lange still, bis das Werkzeug ersetzt und die Maschine wieder funktionsfähig ist. Eine Zeit, die in einer Serienfertigung teuer ist, da möglicherweise weitere Bearbeitungsschritte folgen und Liefertermine eingehalten werden müssen. Um einen solchen Ausfall zu vermeiden, helfen Werkzeugüberwachungssysteme, die z.B. bei übermäßigem Werkzeugverschleiß einen automatischen Wechsel einleiten oder eine Maschine im Augenblick eines erkannten Werkzeugbruchs innerhalb von Millisekunden stoppen.

Messen, erfassen, analysieren

Um zu erkennen, welcher Bohrer bei welcher Belastung ist oder wie hoch der Verschleiß eines Zerspanungswerkzeugs ist, beobachtet ein Überwachungssystem wie beispielsweise das SEM-Modul-e2 von Nordmann permanent den Werkzeugzustand der Maschine. Es erfasst den bei der Zerspanung erzeugten Körperschall, die Schnittkraft, das Drehmoment oder die von den Spindel- oder Vorschubantriebsmotoren aktuell benötigte Wirkleistung. Ändern sich die Messwerte während der Bearbeitung und werden Grenzwerte erreicht, die auf einen möglichen Verschleiß oder Bruch hindeuten, reagiert die Maschine automatisch mit einer Warnung oder Abschaltung, bevor es zu Qualitätsverlusten oder Ausfällen kommt.

Reklamationen verhindern

Gerade die Qualität der produzierten Werkstücke zu sichern, stellt bei permanenter Nutzung von Produktionsstraßen eine wesentliche Aufgabe dar. Denn über die Dauer des Werkzeugeinsatzes nimmt die Schnitt- oder Vorschubkraft wegen des Verschleißes natürlicherweise zu. Entsprechen die produzierten Werkstücke aber nicht den geforderten Maßen, können sie bspw. nicht als Teil eines großen Produkts – etwa in der Automobilindustrie – weiterverbaut werden. In der Folge werden sie reklamiert, an den Hersteller zurückgeschickt und müssen ersetzt werden. Eine Verschleißerkennung in der Werkzeugüberwachung kann das verhindern.

Sensorik und Analysen

Dafür messen und kontrollieren Sensoren etwa an den Schneidwerkzeugen genau, wie gut die Schnittkraft ist, wie rau die zu bearbeitenden Oberflächen während und nach der Bearbeitung sind und welches Aufmaß eventuell verbleibt. Werden diese Messwerte mit den Kontrollwerten und Toleranzen verglichen, fallen Unregelmäßigkeiten in der Regel auf. Es wird erkennbar, welcher Verschleiß bereits entstanden ist und wann scharfe Schwesterwerkzeuge notwendig werden. So hilft die Verschleißerkennung, die Maße einzuhalten und die gewünschte Qualität der produzierten Werkstücke zu produzieren.

Erfahrung statt Daten

Neben der Qualität der Werkstücke ist die Geschwindigkeit ein wesentliches Kriterium für zerspanende Unternehmen, denn je mehr Produkte in der Zeit hergestellt werden, desto höher ist die Auslastung der Maschinen und desto schneller amortisieren sich die meist sehr hohen Investitionskosten einer Produktionsanlage. Anhand realer Zahlen zu wissen, wie die Werkzeugstandzeit ist oder wie viele Werkstücke eine Maschine fehlerfrei in einer vorgegebenen Zeit fertigen dürfte, kann insgesamt Zeit sparen. Denn eine prozessbegleitende Überwachung gibt aus, wann Werkzeuge ersetzt werden müssen, was planvolle Wechsel ermöglicht. Ohne diese Messdaten greifen Hersteller in der Regel auf Erfahrungswerte zurück, die meist auf einer konstanten Zeit oder einer Anzahl produzierter Werkstücke basieren. Offen bleibt, ob das Werkzeug genau dann gebrochen wäre oder noch mehr Teile hätte fertigen können.

379945 CNC Dreh Fraesmaschine2
Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Früher Wechsel kostet Geld

Da Firmen einen Stillstand ihrer Maschinen meist dringend vermeiden möchten, entscheiden sie sich häufiger dafür, Werkzeuge früher zu wechseln. Meist gehen sie sogar von der halben Standzeit eines Werkzeugs aus, um kein Risiko einzugehen. Das Werkzeug hätte also doppelt so lange arbeiten können. Eine prozessbegleitenden Werkzeugüberwachung verschafft also das Datenfundament, um Werkzeuge länger im Einsatz zu halten, seltener zu wechseln und Produktionsanlagen länger laufen zu lassen. Das bedeutet: mehr Werkstücke in kürzerer Zeit. In der Praxis sind oft zehn bis 20 Prozent höhere Schnittwerte realistisch.

Nachgelagerte Effekte

Arbeiten einzelne Maschinen schneller und länger, benötigen Zerspaner weniger Maschinen für den gleichen Ertrag. Technische Einsparungen oder Kapazitäten für neue Aufträge werden sichtbar. Zugleich kann eine automatische Überwachung des Werkzeugzustands das Einführen einer sogenannten Geisterschicht ermöglichen. Wenn in der ersten oder zweiten Schicht das reibungslose Arbeiten der Maschinen überwacht wurde, sollte auch eine weitere Schicht ohne Personaleinsatz möglich sein. Sollte im Verlauf dennoch ein Fehler auftreten, würde das Überwachungssystem Alarm schlagen und die Werkstückbearbeitung stoppen, um etwa Maschinenschäden zu vermeiden.

Fazit

Eine prozessbegleitende Werkzeugüberwachung reduziert somit den teils unnötig frühen Wechsel einzelner Werkzeuge, kann die Auslastung der Maschine und die Effizienz der ganzen Produktionsanlage erhöhen. Zudem hilft es, die Qualität der Werkstücke zu sichern, indem es den Verschleißgrad erkennt und bei Bedarf auch die Maßkontrolle übernimmt. Das wirkt Reklamationen samt unerwünschter Folgekosten entgegen.



  • Tage der digitalen Technologien

    Tage der digitalen Technologien

    Das Bundeswirtschaftsministerium lädt am 16. und 17. November zu den Tagen der digitalen Technologien ein. In diesem Jahr findet die Veranstaltung als reines Online-Event statt.

    mehr lesen: Tage der digitalen Technologien

  • Multiagentensysteme für die autonome Produktion

    Multiagentensysteme für die autonome Produktion

    Im Forschungsprojekt MAS4AI (Multi-Agent Systems for pervasive Artificial Intelligence for assisting humans in modular production environments) hat sich ein Konsortium aus siebzehn europäischen Partnern das Ziel gesetzt, ein Multiagentensysteme für…

    mehr lesen: Multiagentensysteme für die autonome Produktion

  • Sicherheit für Remote-Arbeitsplätze

    Sicherheit für Remote-Arbeitsplätze

    Fortinet stellt FortiGate 2600F vor. Die Netzwerk-Firewall verbindet Networking mit Security, sowohl in hybriden Rechenzentren, Multi-Cloudumgebungen als auch bei einer großen Anzahl von Remote-Arbeitsplätzen.

    mehr lesen: Sicherheit für Remote-Arbeitsplätze

  • Sehen, wenn die Schraube locker ist

    Sehen, wenn die Schraube locker ist

    Das Forschungszentrum IoT-COMMs hat eine intelligente Schraubverbindung entwickelt, die eine drahtlose, energieautarke Überwachung ermöglicht. Ziel ist es, eine energieautarke Überwachung von Strukturen wie z.B. Brücken, Gerüsten, Windkraftanlagen in einem permanenten…

    mehr lesen: Sehen, wenn die Schraube locker ist

  • Sabine Schaar wird Regional Vice President Sales bei Equinix

    Sabine Schaar wird Regional Vice President Sales bei Equinix

    Mit Sabine Schaar hat Equinix eine neue Vice President Sales für Deutschland. Schaar kommt von Capgemini Deutschland zu Equinix.

    mehr lesen: Sabine Schaar wird Regional Vice President Sales bei Equinix

  • Siemens mit leichten Umsatzeinbußen

    Siemens mit leichten Umsatzeinbußen

    Weniger Umsatz und weniger Aufträge. Die Siemens AG hat ihre Zahlen für das am 30. September abgelaufene Geschäftsjahr vorgestellt.

    mehr lesen: Siemens mit leichten Umsatzeinbußen

  • Mehr KI-Einsatz in der Industrie

    Mehr KI-Einsatz in der Industrie

    Die Deutschen stehen dem Einsatz von künstlicher Intelligenz im industriellen Umfeld positiv gegenüber. In anderen Bereichen fällt die Zustimmung laut einer Bosch-Studie jedoch geringer aus.

    mehr lesen: Mehr KI-Einsatz in der Industrie

  • Stratasys und nTopology arbeiten zusammen

    Stratasys und nTopology arbeiten zusammen

    Stratasys und nTopology wollen ihre Kräfte bündeln, um 3D-gedruckte Werkzeuge und Vorrichtungen für die Fertigung zu vereinfachen.

    mehr lesen: Stratasys und nTopology arbeiten zusammen

  • TÜV und Ponemon Institute veröffentlichen Studie

    TÜV und Ponemon Institute veröffentlichen Studie

    Die gesamte Wertschöpfungskette vor Cyberattacken zu schützen, zählt in der zunehmend digitalisierten Welt zu den größten Herausforderungen. Besonders der Industrie- und Fertigungsbranche fällt es schwer, Cyberrisiken in ihren Unternehmen und…

    mehr lesen: TÜV und Ponemon Institute veröffentlichen Studie

  • Neuer Managing Director bei Dassault Systèmes

    Neuer Managing Director bei Dassault Systèmes

    Mit Dominic Kurtaz hat Dassault Systèmes einen neuen Managing Director für Zentraleuropa ernannt. Zudem wurde das Vertriebsteam neu aufgestellt.

    mehr lesen: Neuer Managing Director bei Dassault Systèmes

  • S&T hebt Prognose an

    S&T hebt Prognose an

    Mehr Umsatz, ein besseres Ergebnis und angehobene Ziele für das laufende Geschäftsjahr. Der Technologiekonzern ist bisher vergleichsweise gut durch die aktuelle Krise gekommen. Verantwortlich dafür sind auch Zuwächse im Medizintechnikbereich.

    mehr lesen: S&T hebt Prognose an

  • Ein digitaler Zwilling für die Produktion

    Ein digitaler Zwilling für die Produktion

    Die Prostep AG, das Institut der Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Universität Hannover und die ISB wollen in einem gemeinsamen Projekt KMUs den digitalen Zwilling näher bringen.

    mehr lesen: Ein digitaler Zwilling für die Produktion