Der Automobilzulieferer Lindenmaier setzt auf Messtechnik von Blum-Novotest. Ein spezieller Tastkopf in den Bearbeitungsmaschinen übernimmt die Werkzeugbruchüberwachung und drückt dabei die Werkzeugkosten.
Die Spezialität der Lindenmaier AG ist die mechanische Bearbeitung und Montage von Präzisionsteilen aus Aluminium, Edelstahl, Guss und Messing. Im Werk 2 in Laupheim fertigt der Automobilzulieferer kubische Teile. In einem Bearbeitungszentrum mit Palettenwechsler entstehen aus einer Aluminiumknetlegierung mit Hilfe von maximal 60 Werkzeugen vor allem Hydrauliksteuerblöcke. Diese kommen bei der aktiven Fahrsteuerung, der Fahrsicherheit und bei Verdecksteuerungen für Hardtops zum Einsatz.
Im Gegensatz zur Stahlbearbeitung haben die Werkzeuge für das Aluminiumfräsen einen geringen Verschleiß. Die Zykluszeit bis zum Werkzeugwechsel ist lang. Zwölf Steuerblöcke sind auf einer Palette zum Bearbeiten eingespannt, was einer reinen Bearbeitungszeit von etwa einer Stunde entspricht. Bricht während dieser Zeit eines der eingespannten Werkzeuge, wird der Schaden erst beim Palettenwechsel bemerkt. Bricht ein Zentrierbohrer gleich zu Beginn, fahren alle weiteren Werkzeuge in das fehlerhafte Bohrloch und werden ebenfalls beschädigt. Das wird gerade bei den polykristallinen Diamant-Bohrern, die Lindenmaier in der NC-Maschine einsetzt, schnell teuer. Ein solcher PKD-Bohrer kostet je nach Ausführung zwischen 800 und 1600 Euro. Eine Werkzeugbruchüberwachung ist deshalb zwingend notwendig. Neue Generationen von Werkzeugmaschinen sind in der Regel mit einer internen Werkzeugbruchüberwachung ausgestattet. Die NC-Maschine bei Lindenmaier musste hingegen nachgerüstet werden.
Die Laupheimer machten sich auf die Suche nach einem Mess-System, das mechanisch prüft, ob das Werkzeug unbeschädigt ist. Zudem sollte die Messtechnik kostengünstig und schnell nachrüstbar sein. Die rauen Umgebungsbedingungen in der NC-Maschine durften die Messwerte nicht verfälschen. Wichtig war auch eine zuverlässige Datenübertragung zur NC-Steuerung.
Beim Messtechnik-Spezialisten Blum-Novotest in Ravensburg wurden die Laupheimer schließlich fündig. „Der Tastkopf Z-Nano IR erfüllte unsere Erwartungen“, erläutert Fertigungsleiter Hans-Dieter Pöschko. „Wir können mit dem System Werkzeuge mit einem Durchmesser bis 0,5 Millimeter mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,5 Mikrometer überwachen.“ Und der Tastkopf hält einiges aus, denn er ist komplett gekapselt. „Das Teil kann theoretisch in Kühlmittel getaucht werden, es würde keine Flüssigkeit in das Innenleben dringen“, schwört Pöschko.
Seit rund einem Jahr sind zwei Tastköpfe bei Lindenmaier im Einsatz. Auf jeder Palette ist jeweils ein Taster montiert. Während der Maschinenbediener eine Palette mit Rohteilen bestückt, werden die Werkstücke auf der zweiten Palette bearbeitet. Eine kabelgebundene Signalübertragung des Tasters könnte bei dieser Maschinenkonfiguration nicht eingesetzt werden. Dank der kabellosen Datenübertragung ist der Z-Nano IR für Maschinen dieser Art die passende Lösung, denn das Schaltsignal gelangt per Infrarotübertragung zum IR-Empfänger IC56. „Bei Lindenmaier wird unser Taster im sogenannten Duo-Mode betrieben“, weiß Winfried Weiland, Vertriebsingenieur bei Blum-Novotest. „Dadurch werden beide Mess-Systeme mit nur einem IR-Empfänger sequenziell angesteuert. Die Kosten für einen zweiten IC56 entfallen.“
Vom IR-Empfänger wird das Schaltsignal an die NC-Steuerung übermittelt. Die Messzyklen sind dabei in der Steuerung hinterlegt. Der Anwender gibt lediglich die Länge des zu überwachenden Werkzeugs im Werkzeugkorrekturspeicher an und wählt den Zyklus für die automatische Bruchüberwachung. Einmal festgelegt, wird das Werkzeug abhängig von den Vorgaben des Maschinenbedieners auf Bruch überwacht.
Bei Lindenmaier ist ein Mitarbeiter für sechs bis zehn Bearbeitungsmaschinen zuständig. Zehn Minuten benötigt er für die Bestückung einer Palette mit Rohteilen, die Bearbeitung der Werkstücke dauert je nach Zykluszeit zwischen 30 und 60 min. Vor dem Einsatz des Z-Nano IR wurde bei der Nutzung von bruchgefährdeten Werkzeugen generell ein Stopp programmiert, so dass nach dem Zyklus die NC-Maschine stehen blieb. Der Einrichter überprüfte, ob das Werkzeug unbeschädigt war und gab die Maschine wieder frei. Dabei kam es vor, dass die Maschine bis zu 10 min. stand, bis der Mitarbeiter Gelegenheit hatte, das Programm fortzusetzen. Jetzt wird ein kritisches Werkzeug durch den Taster abgefragt, so dass nur bei tatsächlichem Bruch das NC-Programm gestoppt wird.
Der Taster hat sich bei den Schwaben bewährt. Seit einem Jahr sind beide Werkzeugtaster im Dreischicht-Betrieb im Dauereinsatz. In der gesamten Zeit gab es keinen Ausfall, keine Verschleiß-Erscheinungen und auch keine fehlerhafte Bruchmessung. Auch die Installation des Tasters ist einfach. Je nach Bedarf kann er horizontal oder vertikal montiert werden und dank der kabellosen Ausführung beim Palettenwechsel auch problemlos auf der Vorrichtung verbleiben. Für die horizontale Montage, wie es bei Lindenmaier der Fall ist, bietet Blum-Novotest als Zusatz einen Späneschutz an, damit lange Späne die Funktion des Tasters nicht beinträchtigen können. Mit einer optionalen Einrichtung kann die Messfläche vor der Messung abgeblasen werden, um eventuelle Verschmutzungen zu entfernen.
Das Mess-System wird quasi seit Beginn des Projektes mit den hydraulischen Steuerblöcken eingesetzt. Früher kam es durchaus vor, dass das erste Werkzeug in einer Werkzeugkette gebrochen war, das NC-Programm aber weiterlief. Dann gab es neben gebrochenen Werkzeugen auch beschädigte Werkstücke. Heute beträgt laut Hans-Dieter Pöschko das Einsparpotenzial bis zu 75 % allein an Werkzeugkosten. „Das hängt davon ab, wie viele Werkzeuge in einer Reihe eingesetzt werden“, so der Fertigungsleiter. „Zudem sieht selbst nach vielen Monaten im Dreischicht-Betrieb die Messfläche noch aus wie neu.“
Neben sehr kleinen Werkzeugen lassen sich mit dem System auch große Werkzeuge wie ein Messerkopf erfassen. Dabei reizen die Laupheimer die Fähigkeiten des Werkzeugtasters nicht einmal komplett aus. Neben der Werkzeugbruchüberwachung lässt sich mit dem Taster auch die Werkzeuglänge in einer Achse messen. Das spielt vor allem dann eine Rolle, wenn die Werkzeuge einem hohen Verschleiß in der Länge unterliegen oder Temperaturschwankungen kompensiert werden sollen.
Doris Bindl Journalistin in München
Signale generieren ohne Verschleiß
- Der Tastkopf Z-Nano IR arbeitet mit einer integrierten Linearführung, wodurch Querkräfte während des Antastvorgangs ausgeschlossen sind. Es können daher keine Scherkräfte entstehen, die sich auf das Werkzeug auswirken. Dadurch lassen sich auch extrem kleine Werkzeuge zuverlässig überwachen. Im Innern befindet sich eine Miniaturlichtschranke. Wird der Taster ausgelenkt, schaltet ein Präzisionsstift die Lichtschranke ab und ein Signal wird erzeugt. Durch diese berührungslose Signalgenerierung kann keinerlei Verschleiß entstehen. Für das Messprinzip des Z-Nano IR garantiert Blum-Novotest quasi Verschleißfreiheit.
- Kommt vom IR-Empfänger ein Schaltsignal, wird zeitgleich die Maschinenachse ausgelesen, wodurch sich die Steuerung den tatsächlichen Werkzeuglängenwert errechnet. Durch den Vergleich von Soll- und Istwert wird bestimmt, ob das Werkzeug gebrochen ist oder nicht. Auf diese Weise lässt sich auch der Längenverschleiß erkennen. Wird vom System ein Schaden am Werkzeug erkannt, unterbricht die NC-Steuerung das Fräsprogramm automatisch.
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