- Anzeige -

Anzeige

Anzeige

Anzeige

Lesedauer: 6 min
10. September 2021
Fachartikel: Werkzeugüberwachung ja – am besten mit …?
Das prozessbegleitende Überwachen von Zerspanungswerkzeugen in Werkzeugmaschinen hinsichtlich Schneidenverschleiß und -bruch erlaubt einen automatischen Werkzeugwechsel erst bei tatsächlich eingetretenem Schneidenverschleiß oder einem Stopp der Maschine im Augenblick eines Werkzeugbruchs. Dies erlaubt eine bessere Ausnutzung der Werkzeuge und gestattet höhere Schnittwerte, da der Fertigungsbetrieb das Risiko von Schäden durch einen Werkzeugdefekt im Griff behält. Doch welche Methode eignet sich zur Werkzeugüberwachung am besten: das Auswerten mithilfe interner Antriebsdaten oder die Wirkleistungsmessung? Der Spezialist Nordmann vergleicht beide Methoden.
Werkzeugüberwachungssystem SEM-Modul-e2 mit Display - alternativ Anzeige auf der NC-Steuerung - sowie das neue Dreiphasen-Wirkleistungsmessgerät WLM-3S mit drei Stromsensoren (kleines Bild).
Werkzeugüberwachungssystem SEM-Modul-e2 mit Display – alternativ Anzeige auf der NC-Steuerung – sowie das neue Dreiphasen-Wirkleistungsmessgerät WLM-3S mit drei Stromsensoren (kleines Bild).Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Das Überwachen des Werkzeugzustands geschieht indirekt: per Erfassung des vom Werkzeug beim Zerspanprozess erzeugten Körperschalls, der Schnittkraft, des Drehmoments oder der von den Spindel- oder Vorschubantriebsmotoren aktuell verbrauchten elektrischen Wirkleistung. Diese Messwerte ändern sich infolge von Werkzeugverschleiß und -bruch und lassen sich mit Grenzwerten überwachen.

Interne Antriebsdaten vs. Wirkleistungsmessung

Hierbei kommen meist nicht Körperschall- oder Kraftmessungen zum Einsatz, sondern die Wirkleistungsmessung. Der Wirkleistungsmesswert wird einerseits über eine Messung der Ströme und Spannungen an allen drei Zuleitungen zum Spindel- oder Vorschubmotor gewonnen, andererseits aber auch als ‚digitale interne Antriebsdaten‘ aus der NC-Steuerung ausgelesen. Beim Auslesen kann die Einteilung zwischen Wirkleistung und Drehmoment erfolgen, die sich nur um die Faktoren Motordrehzahl und 2 voneinander unterscheiden.

Rundtaktmaschine RT von Pfiffner, auf der die Wirkleistungsmesswerte aus der Grafik gewonnen wurden.
Rundtaktmaschine RT von Pfiffner, auf der die Wirkleistungsmesswerte aus der Grafik gewonnen wurden.Bild: Pfiffner GmbH

Das Auslesen dieser internen Antriebsdaten verringert den elektrischen Installationsaufwand bezüglich Verkabelung und Umfang der Messelektronik. Infolgedessen ist diese Methode ausgesprochen beliebt und weit verbreitet, auch im Zusammenhang mit Tool Monitoren von Nordmann – allerdings ‚bezahlen‘ Zerspaner dies bei der Überwachung speziell kleinerer Zerspanungswerkzeuge mit einer geringeren Messwertqualität. Denn: Die direkte Messung der Wirkleistung – beispielsweise über das neue WLM-3S von Nordmann – ist nicht an einen Takt gebunden, mit dem die steuerungsintern gewonnenen digitalen Antriebsdaten über eine Datenleitung zum Werkzeugüberwachungssystem gelangen.

>>Geringerer Installationsaufwand konkurriert mit Messwertqualität<<

Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) beim Bohren von sieben Löchern mit 2mm Durchmesser in Messing mit der Maschine von Pfiffner.
Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) beim Bohren von sieben Löchern mit 2mm Durchmesser in Messing mit der Maschine von Pfiffner.Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Dieser Unterschied fällt auf: zum einen, wenn die Messung von Strom und Spannung besonders rauscharm und mit hochauflösenden A/D-Umsetzern erfolgt; zum anderen, wenn das auswertende Werkzeugüberwachungssystem eine höhere Taktrate beim Verarbeiten mittels Stromsensoren und Spannungsabgriff gewonnener Wirkleistungsmesswerte bietet als die Übertragungsfrequenz der steuerungsintern gewonnenen Antriebsdaten.

Dies zeigt sich am Beispiel der Steuerung MTX von Bosch im Fall der Überwachung eines 2mm-Bohrers in der Rundtaktmaschine RT von Pfiffner, der von einem 8kW-Motor über einen Trommelrevolver angetrieben wird. Das Messdiagramm (siehe das Bild bzw. Diagramm ‚Bohren in Messing mit der Maschine von Pfiffner‘) verdeutlicht: Während sieben aufeinander folgende Bohrungen in der oberen Kurve klar sichtbar und mit Grenzwerten zwecks Verschleiß- und Bruchkontrolle überwachbar sind, gehen sie in der unteren Darstellung im Rauschen unter. Pfiffner wechselte seit dieser Erkenntnis mit den besseren Messwerten des WLM-3S relativ zu den internen Antriebsdaten vom bisherigen Anbieter auf Nordmann.

Werkzeugzustand als Hauptaugenmerk

Dieser Effekt wurde auch bei Steuerungen von Siemens und Fanuc beobachtet, wo das WLM-3S bei kleinen Werkzeugen bessere Messwerte liefert. Es mag daran liegen, dass das Hauptaugenmerk der Steuerungshersteller darauf liegt, Werkzeug und Werkstück auf möglichst präzisen Bahnen zu bewegen, statt Messwerte von der Werkzeugbelastung zu produzieren. Hingegen liegt bei Nordmann der Fokus auf dem Gewinnen von Messwerten, die bestmöglich Auskunft über den Werkzeugzustand geben.

Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) des Vorschubantriebs bei ratterndem Spiralbohrer. Bild: Nordmann GmbH & Co. KG
Wirkleistungsmesswert des WLM-3S (oben) und aus den internen Antriebsdaten digital übertragener Drehmomentmesswert (unten) des Vorschubantriebs bei ratterndem Spiralbohrer. Bild: Nordmann GmbH & Co. KG

Erfahrungsgemäß darf der Durchmesser der mittels Leistungsmessung per WLM-3S auf Bruch überwachbaren Bohrer 25 bis 50 Prozent des Durchmessers mittels interner Antriebsdaten überwachbarer Bohrer betragen. So sind beispielsweise Bohrer mit 1mm Durchmesser an 4kW-Spindeln oder mit 2mm Durchmesser an 16kW-Spindeln per WLM-3S überwachbar (Leistungsangabe der Spindeln für 40 Prozent Einschaltdauer).

Dynamik klar abbilden

Darüber hinaus ist eine weitere Qualität der Wirkleistungsmessung erwähnenswert: Die Berechnung der Wirkleistung aus einer Messung von Strom und Spannung aller drei Phasen befähigt sogar ganz speziell dazu, eine Dynamik im Zerspanungsprozess abzubilden. Dies zeigt sich am Beispiel eines ratternden Spiralbohrers (siehe Bild bzw. Diagramm ‚Vorschubantrieb bei ratterndem Spiralbohrer‘) mit 8mm Durchmesser in einer Index-Drehmaschine. Die per WLM-3S gemessene Wirkleistung des Z-Achsen-Vorschubantriebs spiegelt deutlich die dynamische Belastung des Vorschubantriebs wider, während diese im Drehmomentwert der internen Antriebsdaten einer Sinumerik 840 D verloren geht. Diese besondere Fähigkeit des direkten Messens der Wirkleistung zur besseren Abbildung der Dynamik eines Zerspanprozesses nutzen Fertiger recht häufig zur Überwachung von Fräsern auf Zahnausbruch.

Trotz dieser Vorteile des direkten Messens der Wirkleistung werden die meisten Werkzeuge auch bei Nordmann weiterhin mittels interner Antriebsdaten überwacht – es gestaltet sich einfach vorteilhafter bezüglich Verkabelungsaufwand und Materialeinsatz. Des Weiteren ist es aber gut zu wissen, dass es in schwierigen Überwachungsfällen einen ‚Rettungsanker‘ in Form der Wirkleistungsmessung per Stromsensoren und Spannungsabgriff gibt.

Werkzeugüberwachung im Fokus

Die 1989 gegründete Firma Nordmann ist ein Hersteller von Werkzeugüberwachungssystemen, der sich aufgrund seiner besonderen Sensorpalette auf schwierige Überwachungsfälle – meist filigrane Werkzeuge – spezialisiert hat. Nordmann entwickelt und produziert seine Überwachungsgeräte (Tool Monitore) und Sensoren zur Körperschall-, Kraft- und Wirkleistungsmessung in Hürth (bei Köln) sowie im schweizerischen Pfäffikon.

www.nordmann.eu

Nordmann GmbH & Co. KG
http://www.nordmann.eu

Das könnte Sie auch interessieren

Bild: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH - Nico Sauermann
Bild: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH - Nico Sauermann
Hochleistungsschichten für noch bessere Werkzeuge

Hochleistungsschichten für noch bessere Werkzeuge

Weniger als 0,005mm dick, aber aus der modernen Werkzeugtechnologie nicht mehr wegzudenken: Werkzeugbeschichtungen bieten Standzeiterhöhungen im Vergleich zu unbeschichteten Hartmetall-Werkzeugen von über 1.000 Prozent. Mit den Entwicklungen der Hochleistungsschichten IG6 und SG3 zeigen die Ingenieure des Unternehmens Paul Horn aus Tübingen ihr Wissen über die Werkzeugveredelung.

Bild: Hoffmann SE
Bild: Hoffmann SE
Präzision und Effizienz beim Mikrobohren

Präzision und Effizienz beim Mikrobohren

Die Produktfamilie ‚Garant Master‘ steht seit mehreren Jahren für moderne Hochleistungszerspanung auf einem technisch anspruchsvollen und gleichzeitig verlässlichen Niveau. Mit dem neuen Vollhartmetall (VHM)-Bohrer Garant Master Steel Micro erweitert die Hoffmann Group aus München diese Produktfamilie nun auf das Anwendungsfeld der Mikro-Präzisionszerspanung.

Bild: EWM AG
Bild: EWM AG
Mittelständler ausgezeichnet

Mittelständler ausgezeichnet

Der Große Preis des Mittelstandes wird seit 1995 von der Oskar-Patzelt-Stiftung vergeben. Entscheidend für die Auszeichnung sind fünf Kategorien: Gesamtentwicklung, Beschäftigung, Innovation, Engagement und Marketing. Somit werden die Unternehmen nicht nur nach einzelnen betriebswirtschaftlichen Kriterien bewertet, sondern auch ihr Mehrwert für die Gesellschaft wird gewürdigt. Der Große Preis des Mittelstandes wurde nun in Düsseldorf vergeben und EWM aus 4.674 nominierten Unternehmen als einer von drei Siegern aus der Region Rheinland-Pfalz/Saarland geehrt.

Bild: Technotrans SE
Bild: Technotrans SE
Weltneuheit auf der Blechexpo 2021

Weltneuheit auf der Blechexpo 2021

Technotrans präsentiert auf der Blechexpo vom 26. bis zum 29. Oktober 2021 in Stuttgart eine neue Düsentechnologie für die Sprühbeölung als Weltneuheit. Diese ist in der Lage, eine Kleinstmenge von weniger als 0,5g Öl pro Quadratmeter ohne Einsatz von Druckluft gleichmäßig zu versprühen.

Bild: FRÜCHTL GmbH
Bild: FRÜCHTL GmbH
Geradheit und Rundheit von Stangenmaterial präzise messen

Geradheit und Rundheit von Stangenmaterial präzise messen

Mit einer neuen Messmethode bietet Stainless Früchtl einen Service an, der weltweit einzigartige Ergebnisse liefert. Der Edelstahlhändler kann die Geradheit und Rundheit von Stangenmaterial mit bisher unerreichter Genauigkeit messen… und das auf einer Länge von über 4m. „Einer unserer Kunden hat aufgrund unserer Messergebnisse nun die Gewissheit, dass die gelieferte Ware auch seinen Anforderungen entspricht“, berichtet Geschäftsführer Wolfgang Sachsenmaier.

Bild: Gressel AG
Bild: Gressel AG
Spann- und Automationstage 2021

Spann- und Automationstage 2021

Nach einem Jahr Unterbrechung fanden bei Gressel nun wieder die ‚Spann- und Automationstage‘ im Stammwerk in Aadorf (Schweiz) statt. Mehr als 100 Gäste folgten im September der Einladung des Spezialisten für Werkstückspanntechnik und Fertigungsautomatisierung.