Sensorische, energieautarke Werkzeuge für die ZerspanungSensorische, energieautarke Werkzeuge für die Zerspanung

Die SmartTool Technologie basiert auf einem intelligenten Werkzeughalter, welcher die Überwachung, Optimierung sowie – in der weiteren Ausbaustufe – adaptive Regelung von Zerspanprozessen ermöglicht.

SmartTool auf einen Blick:

Die SmartTool Technologie basiert auf einem intelligenten Werkzeughalter, welcher die Überwachung, Optimierung sowie – in der weiteren Ausbaustufe – adaptive Regelung von Zerspanprozessen ermöglicht. Im Tool selbst wird Sensorik integriert, mit deren Hilfe alle relevanten Prozessinformationen direkt an der Wirkstelle erfasst werden können. Die Daten werden über eine Funkverbindung in Echtzeit an eine Auswerteeinheit übertragen. Mithilfe des Energy Harvesting Prinzips, das die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus bspw. Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen ermöglicht, wird das rotierende System fortwährend sowie nachhaltig mit Spannung versorgt. Die standardisierte Schnittstellengeometrie sowie das störkonturfreie, flexibel anpassbare Design erlauben eine einfache Implementierung an jeglichen Werkzeugmaschinen.

Potential für KMU

Das SmartTool vereint gleich mehrere Neuerungen hinsichtlich der Überwachung spanender Prozesse. Zuerst ist die vollumfängliche Messung aller für den Prozess relevanter Daten (Kräfte, Schwingungen, Temperaturen) zu nennen, welche hochsensitiv direkt an der Prozesszone erfasst werden. Die bereitgestellten Informationen befähigen die Anwender zur gezielten Überwachung und Optimierung ihrer Bearbeitungsprozesse wie auch zur Umsetzung einer adaptiven Maschinenregelung. Konkret können hierdurch Ausschussquoten und Maschinenstillstandszeiten gemindert, Werkzeugstandzeiten maximiert und auch die allgemeinere Bearbeitungsgenauigkeit erhöht werden. Weiterhin unterstützen die Prozessdaten den Maschinenbediener beim Einrichten neuer Prozesse, was diesen Vorgang signifikant beschleunigt. Die Gesamtproduktivität der Fertigung kann somit auf verschiedene Weisen wesentlich gesteigert werden.
Die elektrische Energie für den Betrieb des SmartTools wird durch Energy Harvesting generiert. Eine mit Permanentmagneten ausgestattete Komponente wird dafür an der Spindelnase der Maschine montiert. Durch die Werkzeugrotation wird elektrische Energie zur Versorgung gewonnen.

Anwendungsbereiche in KMU

Umfangreiche Messung direkt am Prozess:
Ausgestattet ist das SmartTool mit Sensoren zur Messung von Schwingungen, Prozesskräften sowie Temperaturen. Nach Datenübergabe an eine Auswerteeinheit kann über Auswertealgorithmen auf die Zustände von Prozess und Werkzeug sowie auf das Bearbeitungsergebnis rückgeschlossen werden. Ebenso können kritische Prozessstörungen, wie Kollisionen, Rattern oder auch Werkzeugbruch, detektiert werden.

Breites Spektrum an Einsatzszenarien:
Durch drahtlose Datenübertragung ist eine Prozessüberwachung in Echtzeit sowie als Offline-Diagnose möglich. Die erfassten Daten bilden die Grundlage für eine manuelle Optimierung der Bearbeitung. Die Kopplung mit einer Maschinensteuerung ist ebenso möglich, um adaptive Prozessregelung zu realisieren. Über Auswertealgorithmen, die zu Handlungsentscheidungen überführt werden, kann eine selbstständige Anpassung der Prozessparameter erfolgen. Potenzielle Anwendungsszenarien sind die NC-Bahnkorrektur zur Kompensation der elastischen Werkzeugabdrängung oder ein automatisierter Werkzeugwechsel am Ende der Werkzeugstandzeit.

Herausforderungen

Um heutzutage wirtschaftlich konkurrenzfähig zu bleiben, müssen Produktionsunternehmen individualisierte, kostengünstige Produkte anbieten, die zeiteffizient gefertigt werden. Fertigungsmaschinen laufen oft am Limit, wodurch häufiger Störungen eintreten. Die Überwachung von Prozessen und Werkzeugständen gewinnt folglich an Bedeutung.

Bei modernen Werkzeugmaschinen können dazu die Strom- und Drehmomentsignale der digitalen Antriebe verwendet werden, jedoch wirkt die lange Übertragungsstrecke zwischen Prozesszone und Messposition als Störgröße. Zusätzliche Sensorik in Form eines SmartTools ermöglicht eine zuverlässigere Überwachung dank kürzerer Übertragungsstrecken. Beim Zerspanen stellen die Werkzeughalter den günstigsten Applikationsort dar.
Dabei dürfen sowohl Arbeitsraum als auch Werkzeugwechsel der Maschine nicht eingeschränkt werden, durch die geringe Baugröße des Magnethalters wird dieser Herausforderung bereits entgegengewirkt. Die leicht anpassbare Montagegeometrie reduziert den Nachrüstaufwand auf ein Minimum. Fast alle Komponenten des Werkzeughalters befinden sich auf einem kompakten, universellen Segment zwischen Spannzeug und Spindelschnittstelle. Infolgedessen sind letztere beiden Geometrien weitgehend frei wählbar und lassen eine Vielzahl anwendungsspezifischer Kombinationen zu.

Weiterführende Informationen