Aktuelle Trends in der Werkstückspanntechnik

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IFW Produktionstechnisches Zentrum der Leibniz Universität Hannover / PZH

Real anliegende Spannkraft bestimmen

Die Realisierung hoher Spannkräfte wird über eine im zweiten Betriebsmodus hinzuschaltbare Spannkraftverstärkung hydraulisch realisiert. Dabei wird antriebsseitig der Druck elektrohydraulisch verstärkt. Das Aktorkonzept ist dabei ringförmig ausgeführt, sodass erstmals eine automatische Stangenbeladung eines elektrischen Drehspannfutters ermöglicht wird. Die Kräfte der einzelnen Spannbacken werden über einen integrierten Ausgleichsmechanismus so adaptiert, dass an allen Spannbacken die gleiche Kraft anliegt. Damit wird eine höhere Flexibilität hinsichtlich der spannbaren Werkstückgeometrien erreicht. Durch die Messung des elektrischen Stroms des Antriebs und Kenntnis über die Strom-Spannkraft-Kennlinie kann im Rahmen des Projektes die real anliegende Spannkraft bestimmt werden. Durch die Bestimmung der elektromechanischen Wirkkette ist es erstmals möglich, auftretende Spannkraftschwankungen infolge auftretender Nachgiebigkeiten innerhalb der Wirkkette zu quantifizieren. Die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert kann so bestimmt werden, um die Spannkraft vorzusteuern.

Präzise einstell- und regelbare Spannkraft

Die Spannkraft des cyberphysischen Spannsystems ist somit, trotz kompakter Bauweise, deutlich präziser einstell- und regelbar als bei aktuell verfügbaren Systemen. Zur Vernetzung und Kommunikation mit der Prozessplanung und -steuerung wird das Drehspannfutter mit einer informationstechnischen Schnittstelle versehen. Dazu erhält das Spannsystem eine in das System eingebettete Intelligenz, die als Signalverarbeitungselektronik innerhalb des Spannfuttergehäuses integriert wird. Sie erfasst die Messgrößen nahe der Aufspannung, verarbeitet sie zu interpretierbaren Größen (zum Beispiel Spannkraft, Betriebszustand, Spannzustand) und kommuniziert kabellos mit einer zentralen Steuerung. Die zentrale Steuerung übernimmt dabei zwei Aufgaben. Sie steuert den elektrischen Antrieb in einem geschlossenen Regelkreis, um einen funktionierenden Betrieb des cyberphysischen Kraftspannsystems sicherzustellen. Andererseits dient sie als Schnittstelle zu externen IT-Systemen, wie zum Beispiel offenen Maschinensteuerungen und IIoT-Plattformen. Erstmals ist es somit möglich, Kraft- und Zustandsdaten von KSF in ein IT-System zu integrieren und diese Daten Anwendern über eine benutzerfreundliche Oberfläche bereitzustellen. Die Umsetzung eines ersten funktionsfähigen Funktionsmusters des Drehspannfutters ist für das kommende Jahr geplant.

Augmented Reality hilft bei der Visualisierung

Kleinere Losgrößen, zunehmende Individualisierung von Produkten und die Verwendung komplexer Fertigungsverfahren haben den Aufwand bei der Qualitätssicherung in den letzten Jahrzehnten ansteigen lassen. Gleichzeitig bieten neue Technologien der Prozessüberwachung sowie der Datenverarbeitung und -visualisierung Chancen, Mitarbeiter bei der Qualitätssicherung zu unterstützen. Augmented Reality ist dabei ein neuartiger Ansatz, der am IFW erforscht und entwickelt wird. Die Idee ist einfach – statt einer Darstellung der Signalverläufe über der Zeit werden die Informationen entlang des Werkzeugwegs im dreidimensionalen Raum dargestellt. Auf diese Weise verschmelzen das reale Bauteil und Prozesssignale. Durch diesen völlig neuartigen Ansatz zur Visualisierung von Prozessinformationen haben Maschinenbediener die Möglichkeit, ein tieferes Verständnis für Zusammenhänge zwischen Prozess und Fertigungsergebnis aufzubauen.

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