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EMO Hannover 2019

Schutz vor Überlast und Kollisionsschäden

| Redakteur: Stefanie Michel

Mit Spindlesense stellt Schaeffler ein sensorbasiertes System vor für den Spindelschutz bei Kollision und zur sicheren Maximierung der Spindelauslastung. Die ersten serienreifen Sensorring-Einheiten sind jetzt erhältlich.

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Das Überwachungssystems Spindlesense ist mit Abstandssensoren (1), einer Auswerteeinheit (2) und einem Anschlusskabel (3) ausgestattet.
Das Überwachungssystems Spindlesense ist mit Abstandssensoren (1), einer Auswerteeinheit (2) und einem Anschlusskabel (3) ausgestattet.
(Bild: Schaeffler)

In der Hauptspindel versteckt sich die Leistungsfähigkeit der kompletten Werkzeugmaschine. Die Spindellagerung wiederum zählt zu den am höchsten belasteten Komponenten, da sie die Bearbeitungskräfte bei sehr hohen Drehzahlen über eine lange Zeit präzise übertragen muss und Kollisionen nach wie vor nicht ausgeschlossen werden können. Daher verwundert es nicht, dass der größte Anteil an Werkzeugmaschinen-Ausfällen auf defekte Spindeln zurückzuführen ist, insbesondere als Folge von Kollisionen und andauernder, aber unentdeckter Überlastung. Bisher fehlte Anlagenbetreibern ein geeignetes Tool, mit dem grenzwertige Spindellager-Belastungen überwacht werden können. Das will Schaeffler nun mit dem Überwachungssystem Spindlesense ändern.

Erste serienreife Sensorring-Einheiten verfügbar

Zur EMO Hannover 2019 stehen Kunden die ersten serienreifen Sensorring-Einheiten SRS inklusive radialem und axialem Messring mit Innendurchmesser 70 mm zur praktischen Erprobung zur Verfügung. Weitere Baugrößen mit 80 und 100 mm Innendurchmesser werden zum Jahresende lieferbar sein. Die Breite beträgt einheitlich 16 mm. Zum Lieferumfang zählt auch ein Setup-Service-Tool SST, mit dem Spindlesense parametriert und in Betrieb genommen werden kann.

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Die am Spindellager integrierte Sensorik misst mit hoher Auflösung die Verlagerung der Spindelwelle unter Last in fünf Raumrichtungen – drei translatorisch und zwei rotatorisch. Übersteigen die ermittelten Einfederungen an den Wälzkörpern eine spezifische Schwelle, wird vom Sensorring ein elektrisches Warnsignal an die Maschinensteuerung ausgegeben. Die Schwelle wird für jeden Spindel- und Maschinentyp individuell festgelegt. Sie basiert auf einer Bewertung der betriebsrelevanten Lagerkennwerte, wie Pressung, Bohr-Roll-Verhältnis und Käfigtaschenspiel, in welche das langjährige Wälzlager-Know-how von Schaeffler einfließt.

Software mit Wälzlager-Know-How in Sensorring integriert

Die gesamte Software und alle erforderlichen Algorithmen sind in den 16 mm breiten Sensorring integriert, sodass keine weiteren Komponenten für das System notwendig sind. Das System ist lokal funktionsfähig und gibt ein individualisiertes Warnsignal an die Maschinensteuerung aus, das folgende Einsatzzwecke ermöglicht:

  • Detektion eines Crashs (Kollision): Die Sensorik ist in der Lage, innerhalb von 2 ms eine Überlastung an einem digitalen Ausgang anzuzeigen. Durch eine schnelle Abschaltung des Antriebes können so schwere Folgeschäden minimiert oder gar verhindert werden.
  • Langzeitschutz für die Werkzeugmaschinenspindel: In der Praxis werden dauerhafte mechanische Überlastungen der Spindellager oft nicht erkannt. Im Gegensatz dazu löst Spindlesense bei entsprechender Parametrierung der Überlast sofort ein Warnsignal aus. Der Betreiber kann sein Bearbeitungsprogramm schon nach dem ersten Teil modifizieren, die Spindelbelastung durch ein neues Werkzeug, veränderte Schnittwerte oder durch einen besser geeigneten Werkzeugtyp reduzieren.

Für die Ausgabe der Messwerte stehen zwei Optionen zur Auswahl: Variante C-A0 gibt Alarmmeldungen aus, sobald die individuell festgelegten Grenzwerte für die Lagerbelastung und die Kinematik erreicht werden. Variante C-A1 gibt die gemessenen radialen und axialen Verlagerungen inklusive der Verkippungen über den CAN-Bus aus. Mit diesen Verlagerungswerten können Werkzeugmaschinen- und Spindelhersteller Analyse-Tools zur Optimierung der Spindelauslastung entwickeln, beispielsweise indem das vom Sensorring gemessene Einfederungskollektiv als Lastkollektiv visualisiert wird. Erstmals wird der Maschinenbetreiber dann genau wissen, zu wie viel Prozent er seine Spindel bei der Bearbeitung mechanisch auslastet, so Schaeffler. Er könne nun noch gezielter den Bearbeitungsprozess der Maschine hinsichtlich Auslastung und Gebrauchsdauer verändern. Trotz maximaler Spindelbelastung werden schädliche Überlasten vermieden. Der Betreiber erhöhe durch den sichereren Betrieb im Grenzbereich nicht nur seine Produktivität, sondern profitiere gleichzeitig von einer längeren Gebrauchsdauer der Spindel und von weniger Maschinenausfällen.

Höhere Qualität produzieren

Eine weitere Anwendung der gemessenen Verlagerungen über CAN-Bus besteht darin, diese zur Nullpunktkompensation zu verwenden. Damit soll es möglich sein, mit größeren Schnittwerten die gleiche Qualität oder mit unveränderten Schnittwerten eine höhere Qualität zu produzieren. Ebenso kann die Überwachung einer maximalen Verlagerung zur Qualitätssicherung eingesetzt werden.

Im Vergleich zu mechanischen, also passiven Überlastsystemen stellt Schaeffler Spindlesense nicht nur einen Spindelschutz bei Kollision dar, sondern auch ein System zur Maximierung der Spindelauslastung. Maschinenhersteller sollen damit ihren Kunden erstmalig ein wirksames Instrument zur Steigerung der Produktivität, der Maschinenverfügbarkeit und Qualität bieten können.

Schaeffler auf der EMO Hannover 2019: Halle 7, Stand C46

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