Eine kontinuierliche Anlagenüberwachung wird vor allem wichtig, wenn die Maschinen an ihrer Belastungsgrenze gefahren werden. Nach dem Motto – Vorsorge ist besser als Nachsorge – zahlen sich die Investitionen in Überwachungssysteme schnell aus. Die Kosten für die Sensorik machen dabei oftmals nur einen Bruchteil von dem aus, was Stillstandzeiten und Reparaturen mit sich bringen können.
Wettbewerbsvorteile erarbeiten, Produkte verbessern und Kosten einsparen sind nur drei der Herausforderungen, denen sich produzierende Unternehmen stellen müssen. Mit innovativen Lösungen lassen sich diese Verbesserungen realisieren. Sie können durch die Veränderung von drei Faktoren erreicht werden: Verfügbarkeit, Leistung und Qualität. Kann die Verfügbarkeit noch durch organisatorische Maßnahmen verbessert werden, sind bei der Optimierung der Messgrößen Leistung und Qualität schon technische Neuerungen oder Veränderungen erforderlich. Bei letzteren kann der eine Faktor meist nicht ohne Auswirkungen auf den anderen geändert werden – Leistung und Qualität sind oftmals Interdependenzen, die sich negativ beeinflussen.
Anlagen können um technische Systeme ergänzt werden, die die Wechselwirkungen zwischen Leistung und Qualität aufzeigen und einem negativen Einfluss bestenfalls automatisch entgegenwirken. Der Einsatz solcher Systeme ist durchaus gerechtfertigt: Oftmals werden auf Grund von wirtschaftlichem und terminlichen Druck Anlagen bei Maximalauslastung gefahren. Dabei wird die Belastung der einzelnen Maschinenelemente nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund kommt es unmittelbar oder mittelbar zu Ausfällen, Beschädigungen und unnötigem Verschleiß bis hin zur Zerstörung der gesamten Anlage. Auch wenn die Maschine nicht ausfällt, leiden unter den überlasteten Komponenten die Qualität der produzierten Teile.
Nun stellt sich die Frage, wie man die Maschinenparameter innerhalb der Grenzen einstellen und zeitgleich die Güte des Outputs auf extrem hohen Niveau halten kann, ohne jedoch Einbußen beim Durchsatz zu erhalten. Die Antwort heißt: Kontinuierliche Überwachung.
Condition-Monitoring erhöht Verfügbarkeit nachhaltig
Prozessüberwachung ist eine Grundvoraussetzung für stabile und sichere Prozesse. Hierbei hilft der Einsatz intelligenter Prozessüberwachungssysteme, auch Condi- tion-Monitoring-System (CMS) genannt, die zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Produktionsanlagen sowie zur Steigerung der Bauteilqualität beitragen. Das Ziel bei der Nutzung von CMS besteht darin, den Maschinenbetrieb sicherer, zuverlässiger und planbarer zu gestalten und damit die Gesamtverfügbarkeit einer Produktionsanlage nachhaltig zu steigern.
Ein solches Überwachungssystem ist zum Beispiel ein Tastsensor, der durch die Softwareerweiterung der Firma Syscam GmbH eine In-Process-Messung einfach ermöglicht. Die Software hilft beim Erstellen von Messpunkten, die direkt in die CAD-Datei eingearbeitet werden können. Das Überprüfen erfolgt vollkommen automatisch während des Prozesses, ohne dass der Mitarbeiter eingreifen bzw. das Werkstück ausgespannt werden muss.
Ein weiteres Sensorsystem ist das Spectra Pulse System von Montronix. Komplikationen im Betrieb von Maschinen sind unvermeidbar. Daher gilt es, die Folgeschäden zu minimieren. Im Auto wird der Fahrer durch einen Airbag geschützt, bei Maschinen bislang nur der Motor durch einen Schutzschalter. Die Sensorik erfasst die Vibrationen in einer 3D-Schwingungsanalyse und kann mittels der zugehörigen Software die Folgeschäden bei Schwingungsresonanzen innerhalb einer Maschine minimieren. Der Sensor schaltet die Maschine mit einer Reaktionszeit < 1ms ab – eine Zeit, in der herkömmliche Maschinen-Software die Überbelastung noch gar nicht erkennt.
Auch durch die Überwachungssysteme der Firma Ott-Jacob Spanntechnik GmbH lässt sich die Lebensdauer von Maschinenkomponenten erhöhen. Bei spanenden Werkzeugmaschinen sind typischerweise die Hauptspindel, Wälzlagerungen, Linearführungen sowie Kugelgewindetriebe besonders hoch belastete Bauteile. Diese werden zur Sicherstellung der maximalen Produktivität oft nah an den Einsatzgrenzen betrieben. Schäden an diesen Komponenten können zu unzulässig hohen Maschinenungenauigkeiten oder direkt zum Ausfall der Maschine führen. Der Wechsel dieser Bauteile ist in der Regel mit hohem Aufwand und dementsprechend langen Maschinenstillstandzeiten sowie hohen Kosten verbunden.
Um die Qualität der Lager zu überwachen, wird normalerweise ein Temperatursensor am Außenring angebracht. Ott-Jacob hingegen hat seinen Sensor direkt am Lagerinnenring angebracht und kann somit die Temperatur genauer bestimmen. Dadurch können Probleme früher erkannt und größere Schäden vermieden werden. Weitere dieser Sensoren werden im Bereich der Spannzangen und der Spannvorrichtung angebracht. Diese gewährleisten, dass keine Fehler beim Spannen oder Lösen des Werkzeugs auftreten. So können Lagerschäden an Motorspindelsystemen, die durch Kollision mit dem Werkstück oder durch Überlast entstehen, vermieden werden.
Des Weiteren wird sichergestellt, dass sich das Werkzeug nicht ungewollt aus der Halterung löst und einen Mitarbeiter verletzt oder die Maschine beschädigt. Zudem werden Sensoren angeboten, die die Dichtbuchsen auf Dichtigkeit überprüfen. Diese Prüfung findet im Übergangsbereich Stator-Spindelwelle statt. Sie ist wichtig, um einen Ausfall der Anlage durch austretendes Kühlmittel zu vermeiden. Das Kühlmittel verdrängt das Schmiermittel in den Lagern, was zu Kaltverschweißungen der Maschinenelemente oder Kurzschluss der Maschine auf Grund von entstehender Spannung führen kann.
Optimale Sensorik steigert Effizienz
Heutige Produkte haben häufig anspruchsvolle geometrische Konturen mit engen Toleranzen, so dass der Prozess automatisiert erfolgen muss, um die Vorteile einer Maschine voll nutzen zukönnen. Auch deshalb ist eine auf die Anforderungen optimal ausgewählte Sensorik ein wesentlicher Schritt, um das Effizienzpotenzial bis ins Detail auszuschöpfen. So ist zum Beispiel die Überwachung einer exakten Positionierung wichtig, damit der Ausgangspunkt eines Bearbeitungsprozesses stets an der gleichen Stelle stattfindet. Dies erhöht die Produktqualität. Hierzu bietet die EGT Eppinger GmbH ein IT-gestütztes Positionierungssystem seiner Getriebe an. Auf Basis eines Echtzeitregelsystems wird eine extrem genaue Antriebssteuerung gesichert – und zwar ohne Verwendung sehr genau produzierter Getriebeelemente, da Ungenauigkeiten per Echtzeitregelung ausgeglichen werden, was spielfrei gemachte Übertragungselemente überflüssig macht. Die Präzision wird durch einen zweiten Winkelgeber an der Ausgangswelle erreicht. Die Ausgangswelle kann somit mit der Genauigkeit von nur 0,1 µm Abweichung positioniert werden.
Durch die Automatisierung von Überwachungsprozessen können die Qualität der Produkte und die Sicherheit der Anlage erhöht werden. Hierzu werden Sensorik und IT eingesetzt, die den Maschinenzustand kontinuierlich erfassen, um die Maschine und ihre Komponenten vor Ausfällen, Kollisionen und Schäden zu schützen. Daher erhöht sich im gleichen Maße die Bedeutung von hochtechnologischen Anlagen als auch die Bedeutung des Mitarbeiters, der mit den Funktionen der Arbeitszentren vertraut sein muss, um die Schnittstellenaufgaben übernehmen zu können. Der Verzicht auf Menschen in der Bearbeitung von Werkstücken erhöht deren Wichtigkeit und Notwendigkeit in kritischen Situationen, um die komplexen Maschinen kontinuierlich in Betrieb zu halten. Die Rechnung ist einfach: Umsatz – Kosten = Gewinn. Ausgehend von qualitativen und nachgefragten Produkten hindern pauschal gesagt die Kosten ein Unternehmen bei seinem unermüdlichen Streben nach Profiten. Nicht zuletzt aus diesem Grund kann ein Produzent den Betrieb seiner Anlagen ohne moderne Überwachungssysteme kaum mehr rechtfertigen.
Die Autoren
Dominik Vetter und Johannes Bayer studieren Produktionsmanagement an der Hochschule Reutlingen. Die Arbeit entstand im Zuge des Seminars „Spezialthemen der Produktion“ bei Herrn Prof. Dr.-Ing. Helmut Schaal.
Unsere Webinar-Empfehlung
Einen Vorgeschmack auf die EMO liefert der Webcast "Innovative Zerspanungslösungen". Ausgewählte Branchenspezialisten wie Schwäbische Werkzeugmaschinen (SW) und DVS Technology Group zeigen, welche Innovationen entlang der Prozesskette spanender Fertigung sie auf der EMO präsentieren…
Teilen:
