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Predictive Maintenance im Werkzeugbau Körperschall-Sensoren erkennen beginnenden Werkzeugverschleiß

Redakteur: Peter Königsreuther

Beim Kunststoff-Spritzguss und Aluminum-Druckguss kommt es auf permanente Einsatzfähigkeit der Werkzeuge an. Mittels Körperschallmessung können Anzeichen für Probleme frühzeitig erkannt werden.

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Körperschallsensorik kann jetzt beim Detektieren von Verschleißeffekten an Spritzguss- und Aludruckguss-Werkzeugen helfen. Hier sieht man eine normale Reibung während der Werkzeugbewegung.
Körperschallsensorik kann jetzt beim Detektieren von Verschleißeffekten an Spritzguss- und Aludruckguss-Werkzeugen helfen. Hier sieht man eine normale Reibung während der Werkzeugbewegung.
(Bild: Weartell)

Körperschallwellen entstehen bei Verschleißprozessen und laufen als mechanische Schwingungen durch Werkstück und Werkzeug, erklärt das Unternehmen Weartell Vertriebgesellschaft aus Bochum. Beim Zerspanen wird das Werkstück durch ​„kontrollierten Verschleiß“ bearbeitet, während der Verschleiß am Werkzeug in der Fertigung natürlich immer eine ungewollte Begleiterscheinung ist.

Das gilt sowohl beim Spritzguss von Kunststoffteilen als auch beim Druckguss von Aluminiumkomponenten. Bei beiden Verfahren ist die Körperschallanalyse im Bereich von 50 bis 500 kHz für quantitative Aussagen in der Prozess- und Maschinenüberwachung jedoch vergleichsweise neu, heißt es weiter. Mit der Weartell-Technologie besteht nun aber die Möglichkeit, das Ganze noch einfacher und schneller durchzuführen. Sie bietet eine vergleichbare, reproduzierbare und aussagekräftige Ergebnisdarstellung. Das System kann entweder erworben oder per Lizenz genutzt werden. So können im Rahmen der Körperschallanalyse passende Zeitpunkte für die Werkzeugwartung zustandsbasiert und nicht zuletzt vorausschauend eingeplant werden. Diese Möglichkeit bietet Weartell jetzt als Out-of-the-box-Lösung, wird betont.

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Man muss nur den Sensor anbringen, und los geht's...

Um mit der Prozessüberwachung loszulegen, müsse lediglich ein Sensor am zu überwachenden Werkzeug angebracht werden – das brauche keine 15 min. Das auf Linux basierende System bringt auch sämtliche erforderlichen Schnittstellen mit, die nötig sind, um Systeme einzubinden. Die Weartell-Hardware bietet eine Messkette und eine Auswertungseinheit. Burkhard Walder, der Geschäftsführer von Weartell, erklärt: ​„Mit nur einem Sensor, der auch mehrkanalige Messungen ermöglicht und zumeist auf der beweglichen Seite des Werkzeugs montiert ist, lassen sich etwa 85 bis 90 % aller Werkzeuge abbilden.“

Die Hardware-Komponenten sind außerdem austauschbar. Das System kann deshalb an beliebig vielen Maschine-Werkzeug-Kombinationen zum Einsatz kommen. Maschine und Werkzeug lassen sich digital hinterlegen und wieder aufrufen, sodass die Überwachung immer die vollständigen Daten aus der Vergangenheit mit einbezieht, um etwaige Unterschiede im Zeitablauf erkennbar werden zu lassen. Die Weartell-Software punkte auch mit einer intuitiven Benutzeroberfläche und visualisiere übersichtlich den kompletten Spritzgusszyklus am Werkzeug – wahlweise aber auch einzelne Phasen davon, in der sogenannten Weartell-Kurve.

Wer den Zustand seines Werkzeugs kennt, kann schneller reagieren

Der idealtypische Ablauf bei Problemen, wenn die Weartell-Kurve zuvor definierte Grenzwerte überschreitet, sieht so aus: Das System gibt eine Warnmeldung ab, und der Einrichter kann die Daten checken. Relevant seien vor allem die Steigung und wiederkehrende Muster in der Weartell-Kurve.

Auf Basis dieser Daten kann die Lage beurteilt werden. Dabei kann geklärt werden, ob sofortiges Handeln erforderlich ist, oder ob es vorerst ausreicht, dass die Veränderung zunächst nur im Auge behalten wird. Walder merkt dazu an: ​„Mit unterschiedlichen Reaktionsprogrammen behält man stets den Überblick und erhält bereits dann Informationen, wenn ein Prozess erst anfängt, aus dem Ruder zu laufen.“

Bei Bedarf könne man sich per Remote Access in die Analyse mit einklinken und den Systemverantwortlichen beraten. Ein einfaches Beispie sei hier aufgeführt: Wenn klar ist, dass die Verschleißwerte in der Phase ​„Werkzeug schließen“ steigen, kann es eine Lösung sein, die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs zu ändern. Ob es etwas bringt, die Werkzeuge etwas langsamer und somit schonender zu bewegen, zeigt sich bei der weiteren, wenn nötig engmaschigeren, Überwachung, so Walder.

Auf diese Weise lässt sich ein Werkzeugschaden im Vorfeld vermeiden – und damit natürlich auch ein ungeplanter Maschinenstillstand. ​„Im Grunde wird der Schaden so lange hinausgezögert, dass noch rechtzeitig bevor es wirklich dazu kommt, die Werkzeugwartung stattfinden kann – und das im besten Fall zu einem Zeitpunkt, an dem dieselbe die Produktion nicht beeinträchtigt.

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