Aha-Effekt und gespartes Geld

Am Ende hatte Achim Guski die Nase voll. In seiner Lohnfertigung waren Werkzeugschneiden immer wieder weit vor der geplanten Zeit gebrochen. Vor allem beim Spanen von nicht-rostendem Stahl passierte dies regelmäßig. „In einem größeren Auftrag – es ging um Nährungsschalter für Kunden aus der Automobilbranche - schlug dies empfindlich zu Buche“, ärgert sich der Geschäftsführer der Herscheider Müller+Guski oHG noch heute. Die Situation änderte sich erst, als Nordmann seine Überwachungs-Lösung auf einer Drehmaschine installierte.

Unter dem Strich wurden nicht nur die Stückkosten in die Höhe getrieben. Auch die garantierbare Werkstücktoleranz war weniger eng als gewünscht. Bedienerarme Schichten waren unmöglich und Termintreue zu halten – bei Müller+Guski eins der Alleinstellungsmerkmale - gestaltete sich schwieriger. „Das Anliegen war mithin, zuverlässig-rechtzeitige Aussagen zu bekommen, wann die Werkzeuge ausgetauscht werden mussten“, erklärt Achim Guski, der bei einem Messebesuch ein Überwachungssystem der Hürther Nordmann GmbH+Co. KG auf einem Traub-Drehzentrum gesehen hatte. Der Verschleiß von Präzisionstools wurde hier über die Wirkleistung des Antriebsmotors ermittelt. Zunächst sah Guski die Möglichkeiten dieser Lösung aber noch nicht im Kontext seines eigenen Problems.

Erst Wochen später fiel in Herscheid der Groschen, und Nordmann installierte seine Überwachungs-Lösung Herbst 2007 auf einer EmcoTurn-345-Drehmaschine. Müller+Guski sollte Gelegenheit haben, sie über zwei Monate hinweg zu prüfen. Der Pauschalpreis für diese Probe-Installation betrug 700 Euro. „Das bieten wir Interessenten grundsätzlich an“, erklärt Nordmann-Geschäftsführer Klaus Nordmann. „So lässt sich für ihre konkrete Überwachungsaufgabe ohne Kostenrisiko die bestmögliche Lösung finden.“ Bereits nach einer Woche Testbetrieb stellte Müller+Guski befriedigt fest, dass sich der Verschleiß der Wendeschneidplatten anhand der auf die Werkzeuge wirkenden Schnittkräfte, die vom Tool Monitor als Messkurven dargestellt und mit Grenzwerten überwacht werden, exakt ablesen ließ.

Und mehr noch: Hatte man anfangs vor allem danach geschaut, inwieweit die zuvor gemachten eigenen Erfahrungswerte mit den über die Nordmann-Technik dargestellten Messkurven übereinstimmten, verließ sich Achim Guski bereits ab der zweiten Woche ganz auf das Messgerät und seine Sicherungsfunktion. Die Arbeitsweise des Tool-Monitors ist grundsätzlich simpel. Aus den Messwerten entweder erstens der digitalen Antriebsdaten der Werkzeugmaschine (Strom, Drehmoment oder Wirkleistung), zweitens der direkt mit Hallsensoren gemessenen Wirkleistung, drittens des per Körperschallsensor berührend oder drahtlos registrierten Körperschalls von Maschine oder Werkstück, viertens einer Kraft- oder Dehnungsmessung oder fünftens der Unterbrechung einer die Werkzeuglänge prüfenden Strahlschranke aus Kühlschmierstoff oder Pressluft bildet das Gerät Messkurven, die entsprechend der jeweiligen Aufgabe mit Grenzwerten umgeben werden. Gegebenenfalls müssen die abgegriffenen Signale zuvor geglättet, gefiltert und gleichgerichtet sowie auch Mittelwerte gebildet werden.

Verschleiß rechtzeitig erkennen

„Bricht ein Werkzeug oder stumpft es ab, verändert sich die Wirkleistungsaufnahme des Antriebsmotors“, erläutert Klaus Nordmann. „Bei Müller+Guski erfassen wir die Leistungsaufnahme mittels Hallsensoren und Spannungsabgriff am Frequenzumrichter des Werkstückspindelmotors. Parallel messen wir den Körperschall, der durch die Spanbildung und Reibung der Schneide am Werkstück entsteht, am Revolverkasten.“ Die Messkurve verletze bei Verschleiß oder Bruch die zuvor gesetzten Grenzen, und der Tool-Monitor löse Schutzfunktionen an der Maschinen-CNC aus: Dies könne ein sofortiger Vorschubstopp sein, eine Umschaltung der Vorschubgeschwindigkeit, der Aufruf eines Schwesterwerkzeuges oder die Abspeicherung der Werkzeugposition.

Mit der Wirkleistungsmessung kann übermäßiger Verschleiß erkannt werden, der sonst zu einem Werkzeugbruch führt oder grobe Maßfehler verursacht. Dadurch können die Werkzeuge bis zu ihrem tatsächlichen Standzeitende betrieben und Brüche verhindert werden. Trotzdem auftretende Brüche infolge beispielsweise fehlerhaftem Schneidstoff oder anderer Unwägbarkeiten werden sofort erkannt und eine Ausschussproduktion vermieden.

Aber letztendlich müssen maßhaltige Werkstücke die Maschine verlassen. Allein die Wirkleistungsmessung kann das nur bei recht weit gefassten Toleranzen gewährleisten. Um die Einhaltung enger Toleranzen im Mikrometer- oder Hundertstelbereich zu garantieren, horcht der Körperschallsensor am Revolverkasten ein Zerspanungswerkzeug ab, das kritische Stellen des fertig bearbeiteten Werkstückes „abtastet“.

Bei Fehlmaß noch in der Maschine nachbearbeiten

Die zugrunde liegende patentierte Methode des promovierten Ingenieurs Nordmann ist folgende: Wenn das Zerspanungswerkzeug infolge Abstumpfung entweder eine zu kurze Schneide hat oder aufgefedert war, bleibt zu viel Material auf dem Werkstück stehen. Das Teil hat außen Übermaß, Innenbearbeitungen werden untermaßig. In Stichproben – oder auch nach der Zerspanung jedes Werkstücks – wird ein ausschließlich für Prüfzwecke vorgesehenes Tool an der Kontur des schnell rotierenden Werkstückes entlang gefahren.

Liegt irgendwo ein Über- oder Untermaß vor, berührt das Prüfwerkzeug das Teil und es entsteht ein Reibungsgeräusch, das vom Körperschallsensor registriert wird. Das Werkstück kann noch in der Maschine korrekt nachbearbeitet werden, und die folgenden Teile bleiben aufgrund der Korrektur der Werkzeugeinstellung auch innerhalb der Maßtoleranz. Das Reibungsgeräusch entsteht schon bei der leichtesten Berührung. In der Regel ist der Unterschied im Reibungsgeräusch zwischen „Berührung“ und „keine Berührung“ deutliche genug, um die Werkstückmaße mit einer Auflösung von 1 Mikrometer zu kontrollieren. Temperaturbedingte Positionsänderungen der Prüfschneide relativ zur Drehachse des Werkstücks können unmittelbar zuvor mit einer Positionsfindung der Schneide am Werkstückspannfutter – ebenfalls per Reibungsgeräuscherkennung – kompensiert werden.

Auf externe Messsysteme kann meist verzichtet werden

Obwohl diese Überwachung nach dem eigentlichen Bearbeitungsprozess stattfindet, bietet sie gegenüber externen Messsystemen gleich mehrere Vorteile: Ein bereits für Bruchkontrolle vorhandener Schallsensor kann für den Prüfschnitt mitbenutzt werden, ohne dass zusätzliche Sensoren erforderlich sind. Der Prüfschnitt erfolgt noch in der Maschine: eine korrigierende Nachbearbeitung ist noch in derselben Aufspannung möglich. Trotz Anwendung der Messmethode im Arbeitsraum sind keine Maßnahmen gegen Verschmutzung notwendig. Das unterscheidet sie von herkömmlichen, im Maschinenraum angebrachten Messsystemen. Auf aufwändige externe Messsysteme kann weitgehend verzichtet werden. Der Prüfschnitt reicht aus, um die Maßhaltigkeit innerhalb der vorgegebenen Toleranz zu garantieren. Durch Stichproben – etwa Prüfschnitt nur bei jedem 20. oder 50. Teil – kann die Überwachung mittels Prüfschnitt nahezu taktzeitneutral stattfinden. Anders als bei händischer Stichprobe lassen sich die Maße voll automatisiert kontrollieren.

Der entscheidende Nutzen für Müller+Guski ist, dass die Werkzeuge genau dann ausgetauscht werden können, wenn ihre Funktionalität – eng toleriertes Zerspanen bei qualitativ zufriedenstellender Werkstückoberfläche – erschöpft ist. Des Weiteren ist sichergestellt, dass kein Werkstück mit überschrittenen Maßtoleranzen die Maschine verlässt. Das spart bares Geld und vermeidet Reklamationen der Kunden. Darüber hinaus ist nun ein bedienerloser Betrieb der Maschine möglich.

Fehlermeldung via SMS

Ermutigt durch diese Erfahrung wurde auch Achim Guski kreativ. Sein Ansatz: Über 14polige Eurostecker-Schnittstellen könnte das Nordmann-Messmodul doch auch mit weiteren Werkzeugmaschinen verbunden werden. Dies wäre möglich, da kritische Teile selten auf mehreren Maschinen gleichzeitig bearbeitet wurden. So könnte ein einziger Tool-Monitor bei Bedarf verschiedene Operationen und Werkzeuge auf verschiedenen Maschinen überwachen. So ließ Achim Guski an vier weitere Maschinen schwenkbare Pulte anbringen, auf dem der Tool-Monitor jeweils beim Einsatz steht, wenn er gebraucht wird. Die einmal eingelernten Überwachungsprogramme können gespeichert und bei Wiederholteilen wieder abgerufen werden. Stamm-Maschine ist nach wie vor eine EmcoTurn 345.

Aber auch an Wochenenden und über Nacht nutzt das Herscheider Unternehmen die Kommunikationsfähigkeit des Tool-Monitors. Im Fall außergewöhnlicher Betriebszustände – Werkzeug stumpf oder gebrochen – wird via SMS ein Mitarbeiter verständigt, der insoweit eingreifen kann. „Das rechnet sich“, freut sich Achim Guski über die so gewonnene produktive Zeit. Sein Unternehmen setzt den Nordmann’schen Tool-Monitor seit rund zwei Jahren ein. Die Investition ist längst wieder eingespielt.

Ob er sich ein weiteres Mal für die Lösung des Hürther Messspezialisten entscheiden würde? „Sicher“, sagt Guski. „Die Zusammenarbeit mit Nordmann war kollegial und engagiert. Die Reaktionszeit vor allem in der Anlaufphase war kurz und die Erreichbarkeit bestens.“ Das Hürther Unternehmen schreibe Service groß und biete faire, in jedem Punkt überschaubare, transparente Preise. „Nordmann hat uns jederzeit bei der Entwicklung eigener Ideen zur erweiterten Nutzung des Tool-Monitors unterstützt.“W

www.nordmann.eu

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