Assistenzsystem überwacht und optimiert die Zerspanung

Mafrino in Nossen ist ein klassischer Lohnfertiger in der Metallbearbeitung, der sich unter anderem auf die Präzisionszerspanung von Getriebegehäusen, Hohl- und Vollwellen spezialisiert hat und damit verschiedene Antriebstechnik-Unternehmen beliefert. Auch der Maschinen- und Anlagenbau sowie die Energieerzeugungstechnik, gehören zu den Branchen, die sich regelmäßig der Dienstleistungen von Mafrino bedienen. Geschäftsführer Michael Truschka weiß, dass die Konkurrenz in der mechanischen Bearbeitung groß ist: „Was unser Angebot anbelangt, sind wir austauschbar – keine Frage. Aber wir machen für unsere Kunden auch Unmögliches möglich.“

Seit Jahren klopfen immer wieder Kunden bei Mafrino an, die besonders schwierige Teile benötigen oder nur ein kleines Zeitfenster zur Verfügung stellen können. „Aufgaben zu lösen, an die sich andere nicht heranwagen, gehört zu unseren Stärken. Doch das lässt sich nur mit einer motivierten, gut ausgebildeten Mannschaft und leistungsfähigen Werkzeugmaschinen erledigen“, betont Truschka. „Wir sind in der glücklichen Lage, die beste Belegschaft zu haben, die man sich wünschen kann, und unseren Maschinenpark halten wir stets auf aktuellem Niveau.“

Truschka und seine Frau Dr. Anke Truschka, eine Urenkelin eines der Firmengründer, leiten gemeinsam das Unternehmen und lassen dabei den Mitarbeitern große Freiräume. Sie argumentieren: „Gerade unsere Facharbeiter wissen in der Zerspanung viel besser Bescheid als wir. Somit ist es sinnvoll, ihnen dieses Feld eigenverantwortlich zu überlassen und sie auch in Investitionsentscheidungen bezüglich Maschinen, Werkzeuge etc. eng einzubinden.“

Maschinen, Werkzeuge oder Steuerungstechnik und IT

Bei der jungen Belegschaft – Durchschnittsalter 33 Jahre – kommt das gut an. Ein Beispiel dafür ist Thomas Löwe, der seit seiner Ausbildung vor 17 Jahren bei Mafrino arbeitet. Hochmotiviert beschäftigt er sich von Anfang an intensiv mit allen anfallenden Zerspanungsaufgaben, so dass ihn Michael Truschka heute als Technologe in der Arbeitsvorbereitung einsetzt. „Ob Maschinen, Werkzeuge oder Steuerungstechnik und IT – Thomas Löwe kennt sich bestens aus“, lobt der Geschäftsführer. „Er hat zudem in den letzten Jahren ein Netzwerk an Lieferanten aufgebaut, die nicht nur verkaufen wollen, sondern gemeinsam mit ihm Fertigungslösungen erarbeiten.“

Werkzeuglieferant – Partner der Fertigungsabteilung

Zu diesen engen Kontakten gehört Bernd Glienke, der für Mafrino zuständige Berater und Verkäufer der Komet Group. Schon viele Jahre versorgt er den Zerspanungsdienstleiter mit passenden Standard- und Sonderwerkzeugen zum Vollbohren, Aufbohren, Feinspindeln, Reiben und Fräsen. „2005 haben wir das erste gemeinsame Projekt gemeistert“, erinnert sich Glienke. „Damals hatte Mafrino einen Feuerwehr-Auftrag angenommen und musste innerhalb von fünf Wochen die Fertigung eines komplexen Steuergehäuses ermöglichen. Dazu bedarf es nicht nur technischen Know-hows, sondern auch besonderer organisatorischer Fähigkeiten, um alle internen und externen Beteiligten zu einem schlagfertigen Team zu formen.“ Part der Komet Group war die Entwicklung von Sonderwerkzeugen für die benötigten Bohrungen, die dann auch in die anschließende Serienfertigung übernommen werden konnten.

Werden solche Extremsituationen gemeinsam bewältigt, wächst das gegenseitige Vertrauen, so dass heute zahlreiche Komet-Werkzeuge zur gesetzten Ausstattung bei dem Lohnfertiger zählen. Löwe spricht von einer engen Partnerschaft, die zum einen auf der Leistungsfähigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit der Werkzeuge gründet. Zum anderen schätzt er den Rat von Glienke. Der Ingenieur machte ihn unter anderem vor zwei Jahren auf das Komet-Assistenzsystem Toolscope aufmerksam. Diese ergänzende Hard- und Software für Werkzeugmaschinen ist eine gemeinsame Entwicklung von den Werkzeugexperten und Prozessüberwachungsspezialisten, die nicht nur in der Lage ist, die Werkzeuge auf Bruch und Verschleiß zu überwachen. Das Assistenzsystem macht aus der Maschine letztendlich ein Industrie 4.0-fähiges Produktionssystem.

Assistenzsystem überwacht und optimiert die Prozesse

Ein Gedanke, der Löwe nicht mehr los ließ: Er war sich sicher, mit einem solchen System seine Produktion weiter optimieren zu können. Als Ende 2015 die Investition in ein neues Fräszentrum anstand, wollte er es wissen. Neben der Maschinenauswahl beschäftigte er sich intensiv mit verschiedenen, am Markt angebotenen Überwachungssystemen. Als der Lohnfertiger schließlich das horizontale Bearbeitungszentrum Heckert HEC 400 D bestellte, sollte es mit dem Assistenzsystem Toolscope ausgestattet sein.

Die im Februar 2016 gelieferte HEC 400 D ist ein hochdynamisches Horizontal-Bearbeitungszentrum, das sich individuell an verschiedenste Fertigungsaufgaben anpassen lässt. „Diese stabile Präzisionsmaschine eignet sich ideal, um Stahl- Gussteile mit Genauigkeiten selbst unter 10 µm zu bearbeiten“, urteilt Löwe. „Durch die zusätzliche Ausstattung mit dem Komet Toolscope-System sorgen wir für sichere und optimierte Zerspanungsprozesse.“

Nahezu zeitgleich ließ Mafrino ein zweites Bearbeitungszentrum mit dem Assistenzsystem nachrüsten. Dabei handelt es sich um eine Heckert CWK 400, die schon seit einigen Jahren vorwiegend zur Bearbeitung von Aluminiumgussteilen genutzt wird. „Zwei Grundvoraussetzungen musste das Assistenzsystem erfüllen“, erklärt Löwe. „Die erforderliche Rechenleistung muss unabhängig von der CNC bereitgestellt werden, was durch einen Rechner im Schaltschrank gegeben ist. Und es muss von unseren Maschinenbedienern schnell und einfach zu erlernen sein. Auch das können wir inzwischen bestätigen. Natürlich erwarten wir auf funktionsseitig Effekte, die sich in Zeit- und Kosteneinsparungen bemerkbar machen.“

Maßgeschneiderte Unterstützung für den Maschinenbediener

Um dem Kunden einen unabhängigen Mehrwert zu bieten, wurde das Assistenzsystem modular konzipiert und einzeln freischaltbare Applikationen (Apps) entwickelt. Sie machen dem Anwender ganz nach Bedarf die erfassten Maschinen-, Betriebs- und Prozessdaten zugänglich und nutzbar.

Mafrino hat sich unter anderem für die App zur Werkzeug- und Prozessüberwachung entschieden, die mit statistischen Toleranzbändern nach patentiertem 6-Sigma Verfahren arbeitet und selbstlernend ist. Sie kann Serienprozesse überwachen, aber auch die Einzelteilfertigung, für die es spezielle Routinen zur Verfügung stellt. Die Nutzung des Moduls beginnt mit einem Anlernvorgang. Das heißt, beim ersten Programmablauf loggt Toolscope das Drehmoment der Spindel mit und gibt anschließend eine entsprechende Drehmomentkurve aus. Der dafür erforderliche Zeitaufwand hängt vom Bauteil ab.

„Meines Erachtens ist er so gering, dass sich das Anlernen selbst bei Kleinserien lohnt“, urteilt Löwe. Nach dem Anlernen legt der Anwender ein Toleranzband fest, in dem sich bei der anschließenden Bearbeitung die Ist-Kurve bewegen muss. Reißt die Kurve aufgrund von Werkzeugschäden, Material- oder Prozessfehlern aus dem Toleranzband aus, erkennt das die Maschine und stoppt unmittelbar die Antriebe.

„Auf der CWK 400 hatten wir den Fall, dass aufgrund eines Lunkers im Aluguss die Werkzeugschneide eines Bohrers ausgebrochen ist“, berichtet Löwe. „Dadurch stieg die Last, und die Drehmomentkurve durchbrach die Toleranzgrenze. Durch den schnellen Maschinenstopp war das Werkzeug noch nicht komplett zerstört und konnte durch Nachschleifen wiederhergestellt werden. Ohne das Assistenzsystem wäre der Schaden deutlich größer gewesen.“

Auch für die HEC 400 D hat er ein Beispiel parat. Beim Planfräsen eines Stahlteils löste sich dieses im Schraubstock, was Toolscope so schnell registrierte, so dass das komplette Herausziehen vermieden werden konnte.

„Diese Effekte lassen sich zwar nicht in konkreten Zahlen ausdrücken“, erklärt Truschka, „aber sie tragen in Summe zur schnellen Amortisierung der Investition ins Komet Toolscope-System bei.“ Deutlicher sind die Effekte beim Modul zur Adaptiven Vorschubregelung zu beziffern. Der Geschäftsführer freut sich hier über ein erschlossenes Einsparungspotenzial von etwa fünf Prozent. Sein Mitarbeiter Löwe erklärt das Zustandekommen: „Nach dem Anlernvorgang geben wir einen Sollwert für das Drehmoment vor. Dementsprechend variiert das System die Vorschubgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der aktuellen Drehmomentlast an der Spindel.“

Besonders relevant ist diese Funktion bei Aufmaßschwankungen, unterschiedlichen Schnitttiefen oder Umschlingungswinkeln des Werkzeugs. So wird bei geringerem Aufmaß der Prozess beschleunigt und Bearbeitungszeit eingespart. Kommt es zu einer Werkzeugüberlast verringert das System die Bahngeschwindigkeit, wodurch das Werkzeug geschont und geschützt wird. Löwe weist darauf hin, dass die Adaptive Vorschubregelung zusätzlich die Programmierung erleichtert, da diese nicht mehr auf die unterschiedlichen Belastungen des Werkzeugs eingehen muss.

Auch von der App zur Kollisionsüberwachung ist der Technologe angetan: „Während andere Anbieter hierfür ausschließlich Dehnungssensoren einsetzen, die stumpfe Kollisionen erfassen, bietet Komet auch Schwingungssensoren an, die den Ruck registrieren. Auf unseren Wunsch hin sind die Entwickler sogar bereit, ihr System um eine Kombination aus beiden Verfahren zu erweitern – was momentan allerdings noch nicht komplett umgesetzt ist.“ Auch Toolscope kann zwar wie alle derartigen Überwachungssysteme keinen Schutz vor Kollisionen bieten, aber es mindert mit seiner Reaktionszeit von 2 ms den Schaden und damit Maschinenausfallzeit und Reparaturkosten erheblich.

Erfreuliche technische und wirtschaftliche Perspektiven

Neben den drei bereits erwähnten Apps ließ Mafrino weitere Module freischalten, zum Beispiel zur Überwachung des Werkzeugverschleißes. Das System registriert hierbei die langsam steigende Prozesskraft und gibt an einer vorprogrammierten Grenze den Hinweis zum Werkzeugwechsel. Damit lassen sich die Werkzeugstandmengen optimal ausnutzen.

Durch die aktivierte Cloud-Funktion werden alle aufgenommenen Prozessdaten auf Firmenservern abgelegt und sind somit von jedem Arbeitsplatz erreichbar. Ist wie bei dem Lohnfertiger auch das Offline-Analysetool freigeschaltet, können die Verantwortlichen die Einstellungen des Assistenzsystems direkt vom Büro-PC durchführen. „Eine Möglichkeit, die ich gerne nutze“, sagt Löwe. „Überhaupt ist das System derart hilfreich, dass wir derzeit überlegen, auf welche Maschinen wir seinen Einsatz ausdehnen.“

Außerdem ist er in Gesprächen mit der Geschäftsleitung, welche zusätzlichen Apps sich lohnen könnten. In Frage käme das für die Instandhaltung interessante Conditional Monitoring. Diese App erfasst in regelmäßigen Abständen die Lastaufnahme der einzelnen Achsen und vergleicht ihre Zustände. Auch das MDA-Modul ist im Fokus des Technologen. Es könnte die Nachkalkulation vereinfachen. Thomas Löwe und Michael Truschka sind sich in jedem Fall einig: „Der Einsatz des Komet Toolscope Assistenzsystems hat sich bewährt und bietet für die Zukunft erfreuliche technische und wirtschaftliche Perspektiven.“

Mafrino – Mauersberger & Fritzsche GmbH & Co. KG
www.mafrino.de

Komet Group GmbH
www.kometgroup.com

Die Zukunft ist digital

Auf der EMO 2017 präsentierte Komet mit Toolscope Net, ToolScope Cockpit und ToolScope Connector seine erweiterte Software-Produktfamilie, die eine Nutzung des Assistenzsystems ohne jegliche Hardware-Installation ermöglicht. Die Softwaretools verbinden Werkzeugmaschinen mit einer Cloud und transferieren alle gewünschten Maschinen-, Prozess- und Betriebsdaten dorthin. Verschiedene Apps sorgen für deren einfache, zielgerichtete Auswertung und Toolscope Cockpit für die übersichtliche Darstellung der Ergebnisse, die der Anwender von jedem Rechner aus abrufen kann.

Für die Integration in eine rein serverbasierte Überwachungsumgebung hat Komet auch eine passende Cloud-Infrastruktur entwickelt. Die Voraussetzung für die Nutzung der Cloud-Dienste ist allerdings der Einsatz der Toolscope Firmware-V11. Die Komet-Cloud kann über das Internet als fertig funktionsfähige Struktur gemietet oder als Software für eine lokale Cloud im Kundenrechenzentrum installiert werden. Die Datenübertragung durch das Internet erfolgt verschlüsselt. Die Komet-Server befinden sich in Deutschland und sind unter Kontrolle eines deutschen Unternehmens.

Wer sich vom praktischen Nutzen der Systeme überzeugen möchte, dem erlaubt Komet den freien Download der kompletten Software. Die Installation in Maschine und Cloud ist so einfach gehalten, dass dafür kein IT-Spezialist erforderlich ist. Für den Testbetrieb genügt eine Benutzerregistrierung unter https://www.toolscope.de. Wer die Software produktiv benutzen möchte, muss eine Lizenz erwerben.