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Kollisionsgefahren mit neuartigem Überlastschutzsystem begegnen

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Die Primärschäden einer Kollision umfassen die teilweise Beschädigung bis komplette Zerstörung der beteiligten Kollisionspartner. So können unter anderem maschinenseitige Deformationen und Brüche, Teilbeschädigungen und Zerstörungen der eingesetzten Werkzeuge und Vorrichtungen sowie Deformationen und Oberflächenbeschädigungen am Werkstück auftreten. Diese Primärschäden können außerdem noch zu Folgeschäden (Sekundärschäden) auch an nicht direkt an der Kollision beteiligten Komponenten führen. Ein nicht erkannter Verzug der Maschinenstruktur infolge von Kollision kann zu erhöhtem Verschleiß und frühzeitigem Ausfall der Lager- und Führungskomponenten führen. Zusätzlich gefährden auch gelöste Bruchstücke und lose Werkstücke die Maschinenkomponenten sowie den Maschinenbediener. Eine sehr schadensaffine Komponente im Kollisionsfall ist das werkzeugantreibende Hauptspindelsystem.

Verschiedene Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung

Die Frage nach den Möglichkeiten zur Vermeidung von Kollisionen und den Folgeschäden an der Maschinenstruktur hat zur Entwicklung verschiedener Strategien und technischer Lösungsansätze geführt. Die simulationsbasierte Kollisionsvermeidung etwa ist nur dann erfolgreich, wenn die kollisionsrelevanten Situationen und Komponenten des Maschinensystems in der virtuellen Umgebung mit ausreichendem Genauigkeitsgrad abgebildet werden (Bild 3). Damit verbunden ist ein entsprechender programmiertechnischer Aufwand von geschultem Personal. Unberücksichtigte Abweichungen zwischen Simulationsmodell und realen Bedingungen, Abweichungen in den Rohteilabmessungen und falsch eingemessene oder eingesetzte Werkzeuge können aber zu folgenschweren Kollisionen führen.

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Eine andere Möglichkeit bietet die sensorbasierte Arbeitsraumerfassung, bei der der Istzustand des Maschinensystems ständig gemessen und mit den Sollvorgaben verglichen und gegebenenfalls korrigiert wird.

Die Anfälligkeit der Systeme gegen herrschende Umgebungsbedingungen wie Kühlschmierstoffe, Späne, Ölnebel, Stäube, Reflexionen an metallischen Oberflächen und einfallendes Licht sowie die Erhöhung der Nebenzeiten durch den stetigen Messzyklus nach erfolgter Maschinenbestückung, stehen bisher einem flächendeckenden Einsatz sensorischer Methoden entgegen.

Reaktionsschwelle der genutzten Sensoren richtig wählen

Weitere Möglichkeiten, um Kollisionsschäden zu vermeiden, können sensorlose oder sensorbasierte Kollisionserkennungsmethoden sein. Bei der ersten Art, hängt die Effektivität von der möglichst schnellen Kompensation der gemessenen Abweichungen von Maschinensignalen seitens der Steuerung ab.

Das gelingt meist nicht ohne Zeitverzögerung, wodurch die Gefahr der Kollision durchaus bestehen bleibt, wenn die steuerungsseitige Gegenreaktion zu langsam erfolgt.

Im zweiten Fall besteht die Herausforderung in der Wahl der richtigen Reaktionsschwelle der genutzten Sensoren – sie müssen zwischen normaler Maschinenfunktion und einer Gefahrensituation sicher unterscheiden können. Entweder kommt es folglich zu einem Fehlalarm oder bei zu hoch eingestelltem Schwellenwert trotz allem zu einer Kollision.

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