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.



  • Unternehmen sehen Notwendigkeit für mehr IoT-Sicherheit

    Unternehmen sehen Notwendigkeit für mehr IoT-Sicherheit

    Das Internet der Dinge ist für viele Unternehmen in Deutschland sowohl eine Chance als auch ein Risiko, so das Ergebnis einer aktuellen Studie im Auftrag von Palo Alto Networks.

    mehr lesen: Unternehmen sehen Notwendigkeit für mehr IoT-Sicherheit

  • Gaia-X-Mitglieder unterzeichnen Gründungsurkunde

    Gaia-X-Mitglieder unterzeichnen Gründungsurkunde

    Die Gründungsmitglieder der Gaia-X-Initiative haben die Gründungsurkunden zur Gaia-X AISBL unterzeichnet. Interessierte Unternehmen und Initiativen sind aufgerufen, sich an der gemeinnützigen Vereinigung zu beteiligen.

    mehr lesen: Gaia-X-Mitglieder unterzeichnen Gründungsurkunde

  • TÜV-Verband fordert Regulierung von KI-Anwendungen

    TÜV-Verband fordert Regulierung von KI-Anwendungen

    Der TÜV-Verband fordert in einem Positionspapier KI-gestützte Anwendungen und Systeme — etwa automatisierte Fahrzeuge oder Roboter — in Abhängigkeit vom Risiko zu regulieren.

    mehr lesen: TÜV-Verband fordert Regulierung von KI-Anwendungen

  • Was es bei der Container-Nutzung zu beachten gilt

    Was es bei der Container-Nutzung zu beachten gilt

    Die Nutzung von Containertechnologien steigt, was aber gilt es bei der Auswahl zu beachten? Der Software-Entwickler Red Hat gibt Antworten darauf.

    mehr lesen: Was es bei der Container-Nutzung zu beachten gilt

  • Kulturelle Werte ebenso wichtig wie die technologische Innovation

    Kulturelle Werte ebenso wichtig wie die technologische Innovation

    Wenn Unternehmen Digitalisierungsprojekte angehen, tun sie dies oft mit einem externen Partner. Die Frage ist nur mit welchem? IFS hat in einer Studie ermittelt, welche Faktoren bei der Auswahl eine…

    mehr lesen: Kulturelle Werte ebenso wichtig wie die technologische Innovation

  • Software-as-a-Service für die Fertigung

    Software-as-a-Service für die Fertigung

    Die Komplexität des Maschinenparks erschwert es oft, geeignete Parameter für den optimalen Betrieb zu definieren. Hier kommt das Startup FactoryPal ins Spiel, das mit seiner KI-basierten Lösung Abhilfe schaffen will.

    mehr lesen: Software-as-a-Service für die Fertigung

  • Nach dem Lockdown setzt Erholung ein

    Nach dem Lockdown setzt Erholung ein

    Die Deutsche Wirtschaft erholt sich langsam. Bis das Vorkrisenniveau erreicht wird, könnte es laut Bundeswirtschaftsministerium noch bis 2022 dauern.

    mehr lesen: Nach dem Lockdown setzt Erholung ein

  • Karl Tucholski ist Head of Business Development bei Prime Computer

    Karl Tucholski ist Head of Business Development bei Prime Computer

    Karl Tucholski ist neuer Head of Business Development bei Prime Computer für Deutschland und Österreich.

    mehr lesen: Karl Tucholski ist Head of Business Development bei Prime Computer

  • Nachhaltige Industrie durch neue Technologien

    Nachhaltige Industrie durch neue Technologien

    Bitkom-Studie Nachhaltige Industrie durch neue Technologien Deutsche Unternehmen gehen davon aus, dass Industrie 4.0-Technologien zu einer Reduktion des CO2-Ausstoßes beitragen können. Viele Unternehmen haben sich bereits eine Selbstverpflichtung zu Senkung…

    mehr lesen: Nachhaltige Industrie durch neue Technologien

  • Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

    Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

    Der Maschinen- und Anlagenbau kämpft gegen die Folgen der globalen Corona-Pandemie, aber auch gegen einen nach wie vor belastenden Protektionismus im internationalen Handel. Hinzu kommt ein industrieller Wandel, der sich…

    mehr lesen: Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

  • Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

    Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

    Das Fraunhofer IFF baut eine neue Forschungsfabrik im Magdeburger Wissenschaftshafen. Diese soll im Herbst 2021 fertig sein und neue Forschungsschwerpunkte beheimaten.

    mehr lesen: Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

  • KIT forscht an 6G-Technologien

    KIT forscht an 6G-Technologien

    Ein am KIT in Karlsruhe entwickeltes Konzept soll hohe Datenübertragungsraten bei niedrigen Kosten ermöglichen — für die sechste Generation des Mobilfunks. Dabei haben die Forscher die bislang höchste Datenrate in…

    mehr lesen: KIT forscht an 6G-Technologien