Aufrufe
vor 8 Monaten

DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

SMARTE KOMPONENTEN

SMARTE KOMPONENTEN SPINDELLAGER MIT WEITBLICK SPECIAL Spindellager, die ihren Zustand und den ihrer Umgebung wahrnehmen, analysieren und notwendige Reaktionen rechtzeitig auslösen können, das ist längst kein Science-Fiction- Szenario mehr. Eine erste Vorserien-Baugröße können Maschinenbauer bereits erproben. Mit einer neu entwickelten integrierten Sensorik in Spindellagern zur Überwachung von Hauptspindeln präsentierte Schaeffler auf der EMO 2017 ein neuartiges System zur Steigerung der Maschinenverfügbarkeit, Produktivität und Qualität von Werkzeugmaschinen. Der Einsatz dieses Systems wird die Zahl der Spindelausfälle stark reduzieren und gleichzeitig die Gebrauchsdauer der Spindeln verlängern. Der größte Anteil an Werkzeugmaschinen-Ausfällen ist auf defekte Spindeln zurückzuführen, insbesondere auf Spindellagerschäden verursacht durch Crash (Kollision) oder andauernde aber unentdeckte Überlastung. Beispielsweise kann ein Auffahren des Werkzeugs auf das Werkstück zur Beschädigung der Spindellager und weiterer Komponenten in der Spindel führen. Im Fräsbetrieb erzeugt die Kombination von hohen Radiallasten, lang auskragenden Werkzeu- gen und hohen Drehzahlen speziell am werkzeugnahen Spindellager große Belastungen und ungünstige kinematische Verhältnisse. In Extremfällen sind dann kurzfristige Lagerausfälle möglich. Aus diesem Zusammenhang entwickelten die Schaeffler-Ingenieure ein System mit dem Ziel, Spindel-Ausfälle zu reduzieren, indem eine sehr schnelle Abschaltung der Spindel bei Crash-Situationen möglich wird. Darüber hinaus versetzt das System den Maschinenbetreiber in die Lage, die beschriebenen ungünstigen Betriebsbedingungen rechtzeitig zu erkennen und seinen Bearbeitungsprozess dann gezielt zu verändern. MESSTECHNIK KOMBINIERT MIT WÄLZLAGER- KNOW-HOW Das komplett neu und spezifisch für diesen Einsatz entwickelte Sensorsystem misst mit einer hohen Auflösung die Verlagerung der Spindelwelle unter Last in fünf Raumrichtungen – drei translatorisch und zwei rotatorisch. Daraus sind mit dem entsprechenden Wälzlager-Know-how die kinematischen Bedingungen im Lager und daraus die betriebsrelevanten Größen wie Pressung, Bohr-Roll- Verhältnis und Käfigtaschenspiel eindeutig berechenbar. Übersteigen die gemessenen Einfederungen an den Wälzkörpern eine spezifische Schwelle, wird vom Sensorring ein elektrisches Warnsignal an die Maschinensteuerung ausgegeben. Die Schwelle wird für jeden Spindel- und Maschinentyp individuell festgelegt. 48 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

- SMARTE KOMPONENTEN Das Sensorsystem misst die Verlagerung der Spindelwelle unter Last in fünf Raumrichtungen www.DerKonstrukteur.de „DAS INTELLIGENTE SENSORLAGER ZEIGT DEN MEHRWERT MECHATRONISCHER KONZEPTE“ Dr. Michael Döppert, Chefredakteur Integration ist der Weg zu smarten Produkten, wie dem Sensorlager. Hier werden Sensorik- und Wälzlager-Know-how in einem Produkt integriert. Mechanik-, Elektronikund Software-Funktionalitäten wirken in einem Subsystem auf traditioneller Komponentenebene zusammen. – Und das nicht zum Selbstzweck, sondern mit dem Ziel, die Performance der Produktionsmaschine auf eine neue Evolutionsstufe zu bringen. Der Schwellenwert lässt sich auch für andere Antriebskomponenten individuell festlegen, die eine niedrigere Belastungsgrenze als die Spindel haben und deren Belastung mit der der Spindel korreliert. Eine weitere Besonderheit in Zeiten des Cloud-Computing: Die gesamte Software und alle erforderlichen Algorithmen sind in die Sensorik integriert. Das bedeutet, es sind keine weiteren Komponenten für das System notwendig. Das System ist lokal funktionsfähig und gibt ein individualisiertes Warnsignal an die Maschinensteuerung aus. So ist die Sensorik ist in der Lage innerhalb von 2 ms eine Überlastung an einem digitalen Ausgang anzuzeigen. Durch eine schnelle Abschaltung des Antriebs können so schwere Folgeschäden minimiert oder gar verhindert werden. In der Praxis werden dauerhafte mechanische Überlastungen der Spindellager z. B. beim Schruppen mit einem verschlissenen Werkzeug nicht sofort erkannt. Löst das System bei diesem oder einem ähnlichen Szenario ein Warnsignal aus, kann der Betreiber das Bearbeitungsprogramm sehr frühzeitig schon nach Teil 1 modifizieren und die Spindelbelastung durch ein neues Werkzeug, veränderte Schnittwerte oder auch durch einen besser geeigneten Werkzeugtyp reduzieren. Er erreicht damit geringere Spitzenlasten, reduziert deren Anzahl und profitiert so von einer längeren Gebrauchsdauer der Spindel. Am Ende bedeutet das für den Betreiber mehr Produktionszeit und weniger Reparaturkosten. EIN ANALYSE-TOOL IST DER NÄCHSTE SCHRITT Die Verlagerungsmessung mit dem Sensorring und der integrierten Belastungsüberwachung hat das Vorserien-Stadium erreicht und die erste Baugröße steht für Kunden zur praktischen Erprobung zur Verfügung. Darüber hinaus entwickeln die Schaeffler-Ingenieure ein neues Analyse-Tool für die Optimierung der Spindelauslastung. Bei diesem System wird nicht nur ein Schwellenwert ausgegeben, sondern das beim Bearbeitungsprozess vom Sensorring gemessene Einfederungs-Kollektiv über der Zeitachse visualisiert. So wird der Maschinenbetreiber erstmals mit sehr hoher Genauigkeit wissen, mit wieviel Prozent er seine Spindel bei welcher Bearbeitung mechanisch auslastet. Er kann nun noch gezielter den Bearbeitungsprozess der Maschine hinsichtlich Auslastung und Gebrauchsdauer verändern. Trotz hoher Spindelbelastung werden schädliche Überlastungen vermieden. Der Betreiber erhöht durch den sichereren Betrieb im Grenzbereich nicht nur seine Produktivität, sondern profitiert gleichzeitig von einer längeren Gebrauchsdauer der Spindel und von weniger Maschinenausfällen. www.schaeffler.de IMPRESSUM erscheint 2018 im 49. Jahrgang, ISSN 0344-4570 Redaktion Chefredakteur: Dr. Michael Döppert (md), M.A. Tel.: 06131/992-238, E-Mail: m.doeppert@vfmz.de (verantwortlich für den redaktionellen Inhalt) Stv. Chefredakteurin: Dipl.-Ing. (FH) Martina Heimerl (mh), Tel.: 06131/992-201, E-Mail: m.heimerl@vfmz.de Redakteurin: Dipl.-Geogr. Martina Laun (ml), Tel.: 06131/992-233, E-Mail: m.laun@vfmz.de Redaktionsassistenz: Angelina Haas, Tel.: 06131/992-361, E-Mail: a.haas@vfmz.de, Melanie Lerch, Petra Weidt, Ulla Winter (Redaktionsadresse siehe Verlag) Gestaltung Mario Wüst, Doris Buchenau, Anette Fröder, Sonja Schirmer Chef vom Dienst Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer Anzeigen Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262, E-Mail: o.jennen@vfmz.de Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206, E-Mail: a.zepig@vfmz.de Helge Rohmund, Anzeigenverwaltung, Tel. 06131/992-252, E-Mail: h.rohmund@vfmz.de Anzeigenpreisliste Nr. 48: gültig ab 1. Oktober 2017 Leserservice: vertriebsunion meynen GmbH & Co. KG, Große Hub 10, 65344 Eltville, Tel.: 06123/9238-266 Bitte teilen Sie uns Anschriften- und sonstige Änderungen Ihrer Bezugsdaten schriftlich mit (Fax: 06123/9238-267, E-Mail: vfv@vertriebsunion.de). Preise und Lieferbedingungen: Einzelheftpreis: € 13,50 (zzgl. Versandkosten) Jahresabonnement: Inland: € 95,- (inkl. Versandkosten) Ausland: € 111,- (inkl. Versandkosten) Abonnements verlängern sich automatisch um ein weiteres Jahr, wenn sie nicht spätestens vier Wochen vor Ablauf des Bezugsjahres schriftlich gekündigt werden. Verlag Vereinigte Fachverlage GmbH Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz Postfach 100465, 55135 Mainz Tel.: 06131/992-0, Fax: 06131/992-100 E-Mail: info@engineering-news.net, www.engineering-news.net Handelsregister-Nr.: HRB 2270, Amtsgericht Mainz Umsatzsteuer-ID: DE149063659 Ein Unternehmen der Cahensly Medien Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen Gesellschafter: P.P. Cahensly GmbH & Co. KG, Karl-Härle-Straße 2, 56075 Koblenz Verlagsleiter: Dr. Michael Werner, Tel.: 06131/992-401 Gesamtanzeigenleiterin: Beatrice Thomas-Meyer Tel.: 06131/992-265, E-Mail: b.thomas-meyer@vfmz.de (verantwortlich für den Anzeigenteil) Vertrieb: Lutz Rach, Tel.: 06131/992-200, E-Mail: l.rach@vfmz.de Druck und Verarbeitung Limburger Vereinsdruckerei GmbH, Senefelderstraße 2, 65549 Limburg Datenspeicherung Ihre Daten werden von der Vereinigten Fachverlage GmbH gespeichert, um Ihnen berufsbezogene, hochwertige Informationen zukommen zu lassen. Sowie möglicherweise von ausgewählten Unternehmen genutzt, um Sie über berufsbezogene Produkte und Dienstleistungen zu informieren. Dieser Speicherung und Nutzung kann jederzeit schriftlich beim Verlag widersprochen werden (vertrieb@vfmz.de). Die Zeitschrift sowie alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Mit der Annahme des redaktionellen Contents (Texte, Fotos, Grafiken etc.) und seiner Veröffentlichung in dieser Zeitschrift geht das umfassende, ausschließliche, räumlich, zeitlich und inhaltlich unbeschränkte Nutzungsrecht auf den Verlag über. Dies umfasst insbesondere das Recht zur Veröffentlichung in Printmedien aller Art sowie entsprechender Vervielfältigung und Verbreitung, das Recht zur Bearbeitung, Umgestaltung und Übersetzung, das Recht zur Nutzung für eigene Werbezwecke, das Recht zur elektronischen/digitalen Verwertung, z. B. Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen, zur Veröffentlichung in Datennetzen sowie Datenträger jedweder Art, wie z. B. die Darstellung im Rahmen von Internet- und Online-Dienstleistungen, CD-ROM, CD und DVD und der Datenbanknutzung und das Recht, die vorgenannten Nutzungsrechte auf Dritte zu übertragen, d. h. Nachdruckrechte einzuräumen. Eine Haftung für die Richtigkeit des redaktionellen Contents kann trotz sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion nicht übernommen werden. Signierte Beiträge stellen nicht unbedingt die Ansicht der Redaktion dar. Für unverlangt eingesandte Manuskripte kann keine Gewähr übernommen werden. Grundsätzlich dürfen nur Werke eingesandt werden, über deren Nutzungsrechte der Einsender verfügt, und die nicht gleichzeitig an anderer Stelle zur Veröffentlichung eingereicht oder bereits veröffentlicht wurden. Es gelten die allgemeinen Geschäftsbedingungen. Mitglied der Informations-Gemeinschaft zur Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern e. V. (IVW), Berlin. DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018 49

AUSGABE