Exklusiv-Interview Wozu braucht der Markt die intelligente Fabrik?

Die moderne Fertigung verlangt immer effizientere und individuellere Werkzeuge. Wie der Präzisionswerkzeughersteller LMT Tools mit seinen smarten Produkten den Schritt zur intelligenten Fabrik unterstützt, erklärt Uwe Kretzschmann von LMT Tools im Interview mit konstruktionspraxis

Herr Kretzschmann, wozu braucht der Markt die intelligente Fabrik?

In der intelligenten Fabrik sind Maschinen miteinander vernetzt, sie kommunizieren miteinander, um sich selbst zu optimieren und somit die Fertigungsprozesse zu optimieren. Das Feld der Kommunikation kann dabei viele verschiedene Inhalte umfassen: Fehler im Fertigungsprozess, optimale Prozessparameter, nicht ausreichende Rohmaterialbestände, Informationen zur Qualität des gefertigten Produktes oder zum Verschleißverhalten der Werkzeuge, um ausreichende Verfügbarkeit von Schwesterwerkzeugen zu gewährleisten. Die Voraussetzung für eine solche Kommunikation besteht jedoch darin, dass die jeweiligen Einzelkomponenten oder Prozessschritte Informationen liefern, die digital weitergegeben und verarbeitet werden können. Deshalb wird in diesem Zusammenhang auch von der Digitalisierung der Fabrik gesprochen, der sogenannten „Smart Factory“. Die Realisierung der Smart Factory wird dadurch möglich, dass Datenträger und Sensoren immer kleiner und günstiger hergestellt werden können. So kann im Umkehrschluss sichergestellt werden, dass große Datenmengen schneller und effizienter verarbeitet werden.

Wie werden Werkzeuge überhaupt smart?

Zu den erwähnten Komponenten zählen auch die Werkzeuge. Bisher waren die meisten Präzisionswerkzeuge eben nur Werkzeuge, zwar optimal entwickelt zur Verrichtung der zweckbestimmten Tätigkeit. Dazu zählen der geeignete Schneidstoff, die Mikro- und Makrogeometrie, die Beschichtung, und auch hochkomplexe Werkzeuge. Dabei handelt es sich um Kombinationswerkzeuge, mit denen mehrere Bearbeitungsoperationen möglich sind. Aber ansonsten waren diese Werkzeuge „dumm“ oder passiv bezüglich Informationsgehalt. Es gilt intelligente Werkzeuge zu entwickeln, die Daten über ihren Zustand speichern können, etwa Kräfte, Momente, den Verschleißzustand oder die Position. Durch die kontinuierliche Überwachung und Analyse dieser Daten können „Befehle“ zur Erhöhung der Prozesssicherheit entwickelt werden.

Wozu müssen sich die Schneiden nachstellen – reicht nicht eine einmalige, präzise Einstellung?

Nein, eine einmalige präzise Einstellung zu Beginn des Prozesses reicht nicht. Während der Bearbeitung entsteht ein gewisser Verschleiß an den Schneiden, wodurch sich der erzeugte Bohrungsdurchmesser geringfügig ändert. Um im geforderten Toleranzbereich zu bleiben, muss dieser unvermeidbare Schneidenverschleiß nachgestellt, sprich kompensiert werden.

Rollsysteme

Gewinderollsysteme im Vergleich

Wie funktioniert die automatische Verschleiß­kompensation der Schneiden?

Wir haben unsere intelligenten Feinbohrwerkzeuge mit Schneidelementen ausgerüstet, die durch elektronische Komponenten verstellt werden können. Aktoren unter jeder Schneide ermöglichen es dem Anwender, die Kompensation an jeder einzelnen Schneide mikrometergenau und unabhängig von der Nachbarschneide durchzuführen. Nach erfolgter Bearbeitung wird die Bohrung gemessen. Dieses Messergebnis entscheidet, ob die Schneide kompensiert werden muss, und wenn ja, um welchen Betrag und in welche Richtung. Die gemessenen Werte werden von der Maschinensteuerung über das CNC-Programm an die Signaleinheit der Bohrstange übermittelt. Von dort aus gelangen die Korrekturwerte an die einzelnen Aktoren der Schneiden, die die Schneiden individuell entsprechend dem jeweils aufgetretenen Verschleiß nachstellen. Daraufhin kann die nächste Bohrung gefertigt werden.

Neben Feinbohrwerkzeugen entwickelt LMT Tools smarte Rollsysteme. Was ist daran das Besondere?

Die EVOline Tangential-Rollköpfe von LMT Fette sind mit einem Sensor für Kraftmessungen ausgestattet, der kontinuierlich Daten für einen effizienteren Werkzeugeinsatz liefert. Der Sensor ist im Rollkopfscharnier – eine additiv hergestellte Komponente – verbaut und misst die beim Rollvorgang auftretenden Kräfte. Diese Messwerte werden auf einem Chip gespeichert. Beim Einfahren des Werkzeugs wird die Normkurve aufgenommen und als Benchmark für die nachfolgenden Rollprozesse gespeichert.

Im ständigen Abgleich der aktuellen Werte mit der Normkurve lässt sich sehr schnell feststellen, ob ein Prozess fehlerfrei läuft. Die gespeicherten Daten liefern daher wichtige Informationen für die Optimierung des Rollprozesses. Mit einer speziell entwickelten App können unsere Servicemitarbeiter die Daten auslesen und auf dieser Grundlage zusammen mit dem Kunden Prozessverbesserungen durchführen.

Welchen Beitrag leisten die smarten Rollsysteme hinsichtlich Energieeffizienz?

Ein weiteres Merkmal des Tangential-Rollkopfes besteht in der Stromversorgung seiner Elektronik. Durch eine patentierte Lösung erfolgt das selbständige Laden des im Rollkopf verbauten Akkus durch die rotierende Bewegung der Rollen während des Produktionsprozesses. Darüber hinaus sorgen stromsparende Funktionen für eine bestmögliche Energieausnutzung. Der Rollkopf produziert immer mehr Strom als er verbraucht. Auch aktiviert sich eine Art Schlafmodus, sobald das Werkzeug nicht gebraucht wird. Durch diese Technologie bleibt der Akku aufgeladen, selbst wenn der Rollkopf über einen längeren Zeitraum nicht aktiv genutzt wird.

Prozesssicherheit 4.0

Was smarte Werkzeuge leisten

Wie unterstützt Ihr Unternehmen seine Kunden im Verlauf des Produktlebenszyklus?

Auch beim Service geht LMT Tools neue, innovative Wege. Intelligente Werkzeuge wie der Rollkopf oder die Feinbohrwerkzeuge sind kleine, komplexe Hightech-Maschinen und müssen dementsprechend behandelt werden. Als kleinen Ausblick kann ich verraten: Wir arbeiten daher an einem proaktiven Konzept, das den Kunden bei Inbetriebnahme, Service und Wartung optimal unterstützt. In Zukunft werden hier ebenfalls intelligente Features zum Tragen kommen. So wird zum Beispiel das Werkzeug künftig Feedback geben, sobald der nächste Wartungstermin ansteht.