Fluidmanagement Schmierstoffüberwachung à la Industrie 4.0

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Im Zuge von Industrie 4.0 und der smarten Fabrik steuern intelligente Systeme selbstständig den eigenen Produktionsprozess. Das Ziel ist die maximale Betriebseffizienz durch eine möglichst umfassende Automatisierung. Auch das Fluidmanagement sollte bei Automatisierungsprojekten berücksichtigt werden, um Abweichungen und damit einhergehende Produktionsstillstände zu vermeiden.

Und genau hier setzen die Experten von Zeller+Gmelin und Haydac an: Mithilfe des neu entwickelten Fluidmanagement-Systems „ZG Fluid-Check Pro“ lässt sich die Kühlschmierstoffzufuhr von Maschinen und Anlagen automatisiert überwachen, organisieren und steuern. Darin ist die langjährige Expertise von Zeller+Gmelin rund um das Fluidmanagement eingeflossen. Einer der ersten Praxisanwender für das neu entwickelte System ist die Firma Heron CNC-Technik aus dem österreichischen Vorarlberg.

Das smarte Gerät überwacht den Füllstand und misst in Echtzeit Konzentration, pH-Wert, Leitfähigkeit und Temperatur – jede Minute werden die aktuellen Messwerte am Dashboard angezeigt. Zusätzlich können bis zu vier weitere Werte wie Nitrit oder zum Beispiel der Fremdölanteil manuell eingepflegt werden. Bei Abweichungen zur Zielkonzentration wird automatisch nachjustiert. Auch lassen sich KSS-Profile hinterlegen, wobei die Top-Ten der gängigsten wassermischbaren Kühlschmierstoffe von der Firma Zeller+Gmelin bereits eingespeichert sind, so dass der Anwender das von ihm präferierte Produkt nur noch am Display auswählen muss, ohne zusätzliche Eingabe der Parameter. Für die automatische Zugabe von Stellmitteln/Inhibitoren können zwei Dosierpumpen angeschlossen werden. Zusammen mit einem Multiplexer überwacht eine Anlage bis zu sieben CNC-Maschinen. „Unser Fluidmanagement-System hält den Emulsionszustand permanent fest, so dass auch die Nachvollziehbarkeit gewährleistet ist“, betont Thorsten Wechmann, Strategic Business Unit Manager beim Eislinger Schmierstoffhersteller Zeller+Gmelin.

Als eigenständiges Unternehmen innerhalb der familiengeführten Heron Innovations Factory hat sich die Heron CNC-Technik GmbH ganz auf die Metall- und Kunststoffbearbeitung spezialisiert. Als Lohnfertiger für Fräs- und Drehbearbeitung nutzt Heron modernste CNC-Bearbeitungszentren, in denen Prototypen sowie Serienteile in den Losgrößen 1 bis 10.000 gefertigt werden. Die Kunden kommen aus den unterschiedlichsten Branchen wie etwa Medizintechnik, Sondermaschinenbau, Automotive oder Halbleitertechnik. „Wir wollen den Ansprüchen eines steigenden Wettbewerbs und einer wachsenden Kundschaft gerecht werden, deshalb setzen wir auf durchgängige, automatisierte Prozesse ganz im Sinne einer Industrie 4.0“, bringt es der dortige Geschäftsleiter Manuel Gmeiner auf den Punkt. „Unsere Maschinen laufen größtenteils vollautomatisiert, rund um die Uhr, 365 Tage im Jahr.“

Fertigungsprozesse und -techniken werden stetig weiterentwickelt. Eine Hürde hin zur ‚mannlosen‘ Fertigung sei jedoch das Kühlschmierstoffmanagement. Füllstände müssten regelmäßig kontrolliert und manuell nachgefüllt werden – auch an Feiertagen oder am Wochenende. „Der Ausfall der Schmierung könnte nicht nur den völligen Stillstand der Maschine bedeuten, sondern auch Schäden verursachen“, gibt Heron-Geschäftsleiter Manuel Gmeiner zu denken.

Digitale Fabrik: Maintenance wird häufig vergessen

Und Thorsten Wechmann von Zeller+Gmelin stellt die Frage in Richtung Smart Factory: „Was nützen die Simulation der Fertigung und die Beseitigung von Störkonturen im Zerspanungsprozess, wenn ein Mitarbeiter am Ende an der Maschine eingreifen muss, weil Füllstand oder sonstige Parameter des Kühlschmierstoffs nicht stimmen? Zu einer sich selbst organisierenden Produktion gehört immer auch, rechtzeitig und automatisiert gegensteuern zu können, wenn es zu Abweichungen von definierten Werten kommt. Eine Abweichung beim Kühlschmierstoff darf nicht zum Nadelöhr werden.“ Zwar existierten heute bereits Lösungen, mit denen sich aktuelle Schmierstoffwerte bzw. Kennzahlen via SMS an das Smartphone übertragen lassen, „Kommt es zu einer Abweichung, muss dennoch jemand manuell nachjustieren“, so Thorsten Wechmann weiter.

Smartes Monitoring für den Mittelstand

„Um als mittelständiges Unternehmen die eigene Wettbewerbsfähigkeit langfristig zu gewährleisten, führt oft kein Weg an hohen Automatisierungsgraden und der damit einhergehenden Digitalisierung der Prozesse vorbei“, betont Philipp Götz, Produktmanager bei der HYDAC Filter Systems GmbH: „Unser Ziel ist fertigende Unternehmen auf ihrem Weg in die Industrie 4.0 zu unterstützen. Mit dem ZG Fuid-Check haben wir ein kompaktes Gerät entwickelt, das nicht nur den gesamten Kühlschmierstoffzyklus von bis zu sieben Maschinen wie auch Zentralanlagen gleichzeitig überwachen kann, sondern bei Abweichungen auch selbstständig und regulierend eingreift.“

Mit Zeller+Gmelin habe man zudem den passenden Kooperationspartner gefunden. Als langjähriger Anbieter von wassermischbaren Kühlschmierstoffen, welche bei Zeller+Gmelin unter dem Markennamen Zubora für die zerspanende Fertigung erhältlich sind. Mit der ZG Fluidmanagement GmbH wurde sogar eine eigene Tochtergesellschaft für diesen Zweck gegründet. „Viele moderne Unternehmen setzen mittlerweile auf ein effektives Fluidmanagement, das im Wesentlichen auf dem Analysieren und Konditionieren flüssiger Arbeitsmedien sowie einer genauen Verbrauchsaufzeichnung und -auswertung beruht. Ziel ist die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, indem unter anderem die Sollkonzentration gehalten wird und keine Unterkonzentration entsteht.

Daraus resultieren im Zerspanungsprozess auch höhere Werkzeugstandzeiten und bessere Oberflächenqualitäten“, weiß Thorsten Wechmann aus zahlreichen Praxisanwendungen. Aber auch zu hoch konzentriert, hat negative Auswirkungen: Einerseits wird mehr Schmierstoff verbraucht, andererseits kann sich das Schaumverhalten eines Kühlschmierstoffs ändern. Wenn alle Parameter immer optimal eingestellt sind, kann der Schmierstoff deutlich länger und prozesssicher eingesetzt werden.

„Natürlich beschäftigen wir uns dabei auch permanent mit der Frage, wie das Schmierstoffmanagement weiter optimiert werden kann.“ In Sachen Fluidmanagementsysteme biete der Markt noch viel Luft nach oben. Viele Geräte sind nicht in der Lage zu spülen. Dadurch werden sie ungenau und müssen ständig nachjustiert werden – nicht so der ZG Fluid-Check. Das Gerät ist zudem sehr kompakt und passt in jede Fertigung. „Gleich die ersten Projekte verliefen erfolgreich und wir konnten gegenseitig von unseren Erfahrungen profitieren und diese an den Anwender weitergeben. Unsere Kunden können das System jetzt über unseren Geschäftsbereich Fluidmanagement erwerben, natürlich in Kombination mit unseren eigenen haut- und ressourcenschonenden Hochleistungskühlschmierstoffen Zubora.“

Und Phillip Götz von Hydac ergänzt: „Gerade mittelständische Industriekunden wünschen sich von ihren Schmierstofflieferanten ein „Rundum-sorglos-Paket“, damit sie intern Zeit für ihr Kerngeschäft haben. Mit dem Vertrieb unserer Geräte richtet Zeller+Gmelin sein Angebot speziell auch an Unternehmen, die zwar hochautomatisiert fertigen wollen, in Sachen Fluidmanagement aber keine zusätzlichen Ressourcen bereitstellen möchten. Der Maschinenbediener muss dann nicht mehr an der Maschine nachmessen, nachfüllen, nachjustieren. Das ist eine enorme Zeitersparnis und somit mehr Zeit für wertschöpfende Aufgaben.“

Hochpräzise Prototypen und Serienteile

So sieht es auch Manuel Gmeiner von Heron: „Die Zusammenarbeit mit Zeller+Gmelin und Hydac ist für uns ein weiterer, wichtiger Baustein in Richtung vollkommende Digitalisierung unserer Produktion.“ Aktuell getestet wird der ZG Fluid-Check an einer vollautomatisierten Hermle-Anlage, bei der ein Robotersystem drei 5-Achs-Fräszentren bestückt. Verbunden ist die Anlage mit einem autonomen Transportroboter-System von Servus Intralogistics, einem weiteren Unternehmen der Heron Innovations Factory. „Damit kann die Anlage 24/7 vollautomatisiert betrieben werden.“ Nach einer erfolgreichen Versuchsphase gemeinsam mit Zeller+Gmelin hatte sich Heron für zwei der Geräte mit Multiplexer entschieden, an die sich bis zu 14 Maschinen anbinden und versorgen lassen.

Das Gerät misst neben dem Füllstand fortlaufend die Konzentration, wie auch den pH-Wert und weitere Parameter. Um die Konzentration auf dem gewünschten Niveau zu halten, steuert die Dosierungspumpe bei Bedarf rechtzeitig gegen. Dadurch werden auch alle Risiken verhindert, die mit einer Unter-/Überkonzentration einhergehen könnten, wie etwa Schaumbildung oder Beeinträchtigung des Korrosionsschutzes. „Die Werte können entweder direkt am Touchpanel vom Gerät abgelesen werden oder auch von außerhalb – etwa am PC oder via Tablet. Ein benutzerfreundliches Dashboard fasst alle Informationen übersichtlich zusammen, sodass diese beispielsweise auch in einem Instandhaltungsmeeting präsentiert werden können oder dem Personal permanent zur Verfügung stehen, auch ohne dass diese unmittelbar vor der Anlage stehen", erklärt Phillip Götz.

Multiplexer für bis zu sieben Maschinen gleichzeitig

Derzeit sind bei Heron zwei Geräte im Einsatz. Später soll die Lösung auf elf weitere Bearbeitungszentren ausgeweitet werden. Die Experten um Manuel Gmeiner wollen dann zusätzlich den Multiplexer testen, mit dem sich bis zu sieben Maschinen gleichzeitig überwachen lassen.

„Der Multiplexer sorgt für die dauernde Überwachung und Nachregelung der Kühlschmierstoffkonzentration und eignet sich besonders, wenn wie bei Heron mehrere einzelbefüllte, robotergesteuerte Anlagen im Einsatz sind“, präzisiert Philipp Götz. Und Markus Müller vom ZG Fluidmanagement ergänzt: „Unsere Mitarbeiter werden speziell auf solche Installationen geschult, damit wir hierzu eine möglichst umfassende Betreuung und Service anbieten können.“ „Das System ist äußerst smart und wird sich schnell amortisieren“, lautet schon heute das Fazit von Heron-Geschäftsführer Manuel Gmeiner. „Schmierstoff wird jetzt nicht nur automatisch in der richtigen Konzentration nachgefüllt, sondern darüber hinaus weitere Messwerte geliefert. Wir können so die Konzentration unseres Schmierstoffs permanent überwachen, die Ausfallssicherheit hat sich dadurch wesentlich verbessert. Auch müssen wir nicht mehr fortlaufend manuell nachkontrollieren, sodass sich die Kollegen auf ihre eigentlichen Tätigkeiten konzentrieren können.“

Nachdem der ZG-Fluid-Check Pro sich gleich auf Anhieb in der Praxis bewährt hat, ist schon für 2023 eine Erweiterung für die Mehrmaschinenversorgung geplant: der ZG-Fluid-Check Neo kann mittels Ringleitung gleich mehrere Maschinen anbinden und für ein effizientes Fluidmanagement sorgen.

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