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.



  • Zoom-Nutzer verstärkt im Visier

    Zoom-Nutzer verstärkt im Visier

    Die Corona-Pandemie stellt uns alle vor große Herausforderungen – nicht nur im privaten Bereich, sondern auch beruflich. Unzählige Menschen weltweit arbeiten derzeit erstmals im Homeoffice.

    mehr lesen: Zoom-Nutzer verstärkt im Visier

  • Auftragseingang im Maschinenbau im Februar 2020

    Auftragseingang im Maschinenbau im Februar 2020

    Im Februar verfehlten die Auftragseingänge im deutschen Maschinenbau ihr Vorjahresniveau real um 4 Prozent. Während die Bestellungen der inländischen Kunden um 6 Prozent sanken, lagen die Auslandsorders um 3 Prozent…

    mehr lesen: Auftragseingang im Maschinenbau im Februar 2020

  • Neuer Vice President Americas bei Leuze

    Neuer Vice President Americas bei Leuze

    Sergio Resendiz (Bild) ist neuer Leuze-Vice President Americas und berichtet direkt an den CEO Ulrich Balbach.

    mehr lesen: Neuer Vice President Americas bei Leuze

  • Wenn der Roboter beim Prüfen hilft

    Wenn der Roboter beim Prüfen hilft

    Eine zentrale Anwendung beim Roboter-Einsatz ist die Kollaboration zwischen Mensch und Maschine – beispielsweise die Unterstützung bei für den Menschen belastenden Aufgaben. Welche Vorteile eine produktive Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) haben kann,…

    mehr lesen: Wenn der Roboter beim Prüfen hilft

  • Körperschall im Edge analysieren

    Körperschall im Edge analysieren

    Der Condition-Monitoring-Workshop ‚Smart Monitoring – Körperschallanalyse im Edge‘ (max. 20 Teilnehmer) von Systec Electronic zeigt, wie sich mit unterschiedlichen Technologien physikalische Eigenschaften von Maschinen und Anlagen erfassen und zusammenführen lassen.

    mehr lesen: Körperschall im Edge analysieren

  • PWC steigt bei Adamos ein

    PWC steigt bei Adamos ein

    Die Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PWC Deutschland beteiligt an der Adamos GmbH. Adamos verfolgt mit mehr als 30 Partnern das Ziel, ein Ökosystem zu etablieren, in dem gemeinsam durchgängige Lösungen für…

    mehr lesen: PWC steigt bei Adamos ein

  • Maschinen leasen statt kaufen

    Maschinen leasen statt kaufen

    Seit einigen Jahren erfreuen sich Leasingmodelle für Maschinen einer wachsenden Nachfrage. Doch welche Vorteile bietet dieses Modell für kleine und mittlere Handwerksbetriebe und wie kann man sich vor möglichen Schäden…

    mehr lesen: Maschinen leasen statt kaufen

  • Wo stehen deutsche Unternehmen bei der Digitalisierung?

    Wo stehen deutsche Unternehmen bei der Digitalisierung?

    Deutsche Unternehmen stellen sich in einer aktuellen Bitkom-Studie in Sachen Digitalisierung nur ein ‘befriedigend‘ aus. Die Coronakrise sei dabei ein Weckruf, die Digitalisierung massiv voranzutreiben, sagt Bitkom-Präsident Achim Berg.

    mehr lesen: Wo stehen deutsche Unternehmen bei der Digitalisierung?

  • Kurzarbeit in der Industrie steigt

    Kurzarbeit in der Industrie steigt

    Kurzarbeit in der Industrie steigt 25,6% aller Firmen der deutschen Industrie erwarten in den kommenden drei Monaten Kurzarbeit. Das ist der höchste Stand seit 2010. Vor drei Monaten waren es…

    mehr lesen: Kurzarbeit in der Industrie steigt

  • Erwartungen an die Cloud in der Praxis

    Erwartungen an die Cloud in der Praxis

    Entscheider erwarten durch den Einsatz der Cloud vor allem mehr Agilität sowie schnell zur Verfügung stehende performante Services. In einer Studie von Exasol übertrifft die Cloud im Praxiseinsatz in vielen…

    mehr lesen: Erwartungen an die Cloud in der Praxis

  • Sechs Prozent der Deutschen Unternehmen nutzen KI-Technologien

    Sechs Prozent der Deutschen Unternehmen nutzen KI-Technologien

    Im Rahmen einer Studie hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ermittelt, dass nur sechs Prozent der Deutschen Unternehmen künstliche Intelligenz einsetzen. Diese Unternehmen investierten rund 4,8Mrd.€ in die Technologie.

    mehr lesen: Sechs Prozent der Deutschen Unternehmen nutzen KI-Technologien

  • Zustände überwachen im Industrial IoT

    Zustände überwachen im Industrial IoT

    Schildknecht bietet auf dem Automatisierungstreff 2020 ein Tagesprogramm rund um das Condition Monitoring von industriellen Maschinen und Anlagen an. Nach einer Keynote widmen sich drei Workshops dem Thema mit dem…

    mehr lesen: Zustände überwachen im Industrial IoT