Aufrufe
vor 1 Jahr

DER KONSTRUKTEUR 12/2015

DER KONSTRUKTEUR 12/2015

MECHATRONIK I SPECIAL

MECHATRONIK I SPECIAL Mechanik und Sensorik vereint Intelligente Lineartechnik-Komponenten für die Werkzeugmaschine 4.0 Dr. Michael Döppert Mechanik und Sensorik, zwei getrennte Welten – diese Aussage kann so schon bald nicht mehr aufrecht gehalten werden. Wer zukünftig marktgerechte Maschinen konstruieren und anbieten möchte, der sollte sich schon heute mit intelligenten Maschinenelementen auseinandersetzen, zum Beispiel mit Linearführungen mit integrierter Sensorik – mit mechatronischer Lineartechnik für die Werkzeugmaschine 4.0. Führungen und Lager, das sind klassische Maschinenelemente. Aber Mechanik pur, das war hier einmal. Mittlerweile werden in diese Maschinenelemente auch nichtmechanische Funktionen integriert, wie zum Beispiel Sensorik. Diese Sensorik sammelt Betriebs- und Zustandsdaten direkt dort, wo sie anfallen, nämlich in der Linearführung, zum Beispiel über Temperaturen, Schwingungen, Reibung und Verschleiß. Die Sensoren geben die Daten an die Maschinensteuerung weiter, die dann unmittelbar reagieren kann. Mechanik, Sensorik und Steuerungstechnik rücken enger zusammen oder werden sogar integriert, ganz im Sinne eines mechatronischen Maschinenansatzes. Die integrierte Sensorik ermöglicht die digitale Abbildung des aktuellen Zustandes der Führung. Aus den so zur Verfügung stehenden Daten lassen sich Maßnahmen zur Optimierung des Prozesses ableiten. D.h. die Steuerung verwertet die Informationen und reagiert. So werden Maschinen effizienter, die Maschinenverfügbarkeit kann erhöht und die Fertigungsqualität verbessert werden – letztlich dank der intelligenten Maschinenelemente. Mit dieser Entwicklung gehen Unternehmen, die bisher als Hersteller von Mechanik galten, den Weg Richtung Mechatronik-Anbieter, wie z. B. die Industriesparte der Schaeffler AG, die in jüngster Zeit eine Vielzahl intelligenter Lager und Führungen vorgestellt hat: u. a. eine Profilschienenführung und eine hydrostatische Kompaktführung, beide für Werkzeugmaschinen konzipiert. Führungen mit piezoelektrischer Schwingungsüberwachung Ihre fünfte Generation der Rollenumlaufeinheiten der Baureihe RUE-E bietet die Schaeffler AG mit der INA-Lineartechnik erstmals mit integrierten Sensoreinheiten an, mit denen eine bedarfsgerechte Schmierung und eine Lagerzustandsüberwachung realisiert werden können. Die Sensorik für die Schmierzustandsüberwachung liefert bedarfsgerecht eine Rückmeldung an die Maschinensteuerung und initiiert z. B. über den innovativen Mehrpunktschmierstoffgeber FAG Concept 8 eine automatische Nachschmierung. Für die Lagerzustandsüberwachung ist am Stahltragkörper der Führungswagen ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer angebracht. Dieser liefert die Schwinggeschwindigkeit, die Schwingbeschleunigung und den Wälzlagerkennwert an den angeschlossenen Signalwandler inklusive Grenzwertüberwachung. Der Sensor hat eine Empfindlichkeit von 100 mV/g, eine Auflösung von 0,001g und einen Frequenzbereich von 5000 bis Mechatronische Komponenten machen Maschinen fit für Industrie 4.0 50 000 Hz für Spike-Energy-Messung. Der Beschleunigungsaufnehmer liefert über das Kabel die Schwinggeschwindigkeit, die Schwingbeschleunigung und den Wälzlagerkennwert an den angeschlossenen Signalwandler inklusive Grenzwertüberwachung. Hier werden die Signale in unterschiedliche Frequenzbereiche aufgetrennt bzw. erfolgt eine Energiebewertung der Impulsspitzen mittels Spike-Energy (gSE). Über Analogausgänge werden die Signale von 4-20 mA und 0-10 V an die SPS, Schaeffler- Box und Schmiereinheit weitergeben. Mit diesem Konzept für die neue RUE-E entwickelt Schaeffler ein System, das dem Nutzer direktes Feedback und Kommunikation mit der Anlagensteuerung, eine bedarfsgerechte, automatisierte Schmierung sowie die automatisierte Einleitung von Wartungsmaßnahmen ermöglicht. Manuelle Schmierintervalle entfallen und der Schmierstoffbedarf kann um bis zu 30 % reduziert werden. Die automatisierte Zustandsüberwachung ermöglicht eine vorausschauende Wartung, die sich 46 Der Konstrukteur 12/2015

01 Hydrostatische Kompaktführung mit integrierten Drucksensoren INDIVIDUELLE AUTOMATISIERUNGS- LÖSUNGEN. VON EINFACHEM HANDLING 02 INA-Rollenumlaufeinheit in 4.0-Ausführung mit integriertem Beschleunigungssensor BIS ZU KOMPLEXEN FERTIGUNGSLINIEN. in höherer Verfügbarkeit und Qualität sowie reduzierter Total Cost of Ownership niederschlägt. Hydrostatische Kompaktführung mit integrierten Drucksensoren Angesichts zunehmender Dynamik und höherer Leistungsdichte in der Werkzeugmaschine spielen die dynamische Steifigkeit und die Reduzierung von Schwingungen eine wichtige Rolle. Schaeffler bietet neben der adaptiven Dämpfung mit dem Dämpfungsschlitten RUDS in Verbindung mit den Rollenumlaufeinheiten RUE-E die vollhydrostatische Kompaktführung HLE-A-XL an. Das einbaufertige, abgedichtete System mit integrierter Druckregelung vereint im Bauraum einer Profilschienenführung die Funktionen Führen und Dämpfen. In der HLE-A-XL 4.0-Ausführung kommen piezoresistive Drucksensoren zum Einsatz. Die Sensoren messen die Druckveränderung in den Drucktaschen, die durch unterschiedliche bzw. sich verändernde Bearbeitungskräfte entstehen. Mittels dieser Drucktaschendaten kann durch den hinterlegten Berechnungsalgorithmus auf die dreidimensionalen Bearbeitungskräfte im Arbeitspunkt (3D-Logging) zurückgerechnet werden. Auf diese Art und Weise dient die HLE-A-XL zur aktiven Regelung der Werkzeugmaschine. Durch zusätzliche Berücksichtigung der bewegten Massen der Anlage im Berechnungsprogramm kann über das zu Grunde gelegte Berechnungsmodell auch die Restlebensdauer aller Wälzlagerelemente ermittelt werden. Die Erweiterung des Produktportfolios um die hydrostatische Kompaktführung der zweiten Generation HLE-A-XL in X-life Qualität bietet dem Werkzeugmaschinenhersteller die Möglichkeit, unter Beibehaltung des Maschinenkonzepts verschiedene Performance-Klassen in Werkzeugmaschinen zu realisieren. Die HLE-A-XL ermöglicht exzellente Dämpfungseigenschaften in Verbindung mit hoher dynamischer Steifigkeit. Dies bedeutet für den Endkunden höhere Schnittleistungen, bessere Oberflächengüte und längere Werkzeugstandzeiten. Über die 4.0-Funktion mittels zusätzlich integrierter Drucksensoren kann zukünftig die Bearbeitung aktiv geregelt und so die Bearbeitungsqualität und -effizienz gesteigert werden. Fazit Mechatronische Maschinenelemente, die in der Lage sind, Daten über ihren Life-Cycle zu sammeln, sind die Basis für zukünftige Maschinengenerationen. Natürlich sind sie auch die Voraussetzung für Big Data rund um die Maschine, welche damit Daten über ihren Zustand und den Prozess immer aktuell zur Verfügung hat, das heißt ganz im Sinne von Industrie 4.0 ihr aktuelles digitales Abbild selbst generiert. www.schaeffler.de MiniTec GmbH & Co. KG MiniTec Allee 1 66901 Schönenberg-Kbg. Telefon +49 (0)6373 81270 info@minitec.de www.minitec.de Der Konstrukteur 12/2015 47 MiniTec.indd 1 19.11.2015 13:36:04

AUSGABE