Kleine Sensoren, grosse Auswahl Effektiver Werkzeugwechsel dank Miniatursensoren

In modernen Bearbeitungszentren sind induktive Sensoren für die Überwachung des Spannprozesses der Motorspindel erste Wahl. Integriert in der Spindel müssen sie besonders klein und sehr wiederholgenau sein, um jederzeit einen reibungslosen Werkzeugwechsel zu gewährleisten. Um noch effektivere Spindellösungen clever zu konstruieren, bietet Baumer ein leistungsstarkes Portfolio an Miniatursensoren.

Anbieter zum Thema

Phoenix Mecano Solutions AG

Spinner AG

Amada Swiss GmbH

Baumer GmbH

Der Werkzeugwechsel in vollautomatischen Bearbeitungszentren, von der Entnahme bis zum Einsetzen des neuen Werkzeugs in die Spindel, dauert nicht einmal eine Sekunde. Um eine maximale Anlageneffektivität zu erreichen, muss dieser höchst zuverlässig funktionieren. Dabei spielt die fehlerfreie Funktion der kleinsten Induktivsensoren eine zentrale Rolle. Damit das Bearbeitungszentrum einwandfrei arbeiten kann, benötigt die Maschinensteuerung folgende wichtige Informationen über den Status des Spann­futters: offen und kein Werkzeug gefasst, geschlossen und kein Werkzeug gefasst oder geschlossen und Werkzeug gefasst. Die Antwort liefern induktive Sensoren. Diese Aufgabe lässt sich entweder mit einem messenden oder mit drei schaltenden induktiven Sensoren lösen.

Grösstes Portfolio, kleinste Sensoren

Bei Antriebs- und Spannlösungen ist die Sensorik in der Motorspindel integriert. Bei diesen beengten Platzverhältnissen müssen die Sensoren deshalb so klein wie möglich und dennoch leistungsstark sein – beispielsweise wie die Sensoren von Baumer. Der Sensor-Hersteller besitzt ein grosses Portfolio an miniaturisierten und subminiaturisierten Induktiv-Sensoren mit mikrometergenauer Präzision. Ein Beispiel ist der induktive Näherungssensor IFRM 03 mit einem Durchmesser von nur 3 mm. Erhältlich in unterschiedlichen Längen, wobei die kürzeste Variante gerade mal 12 mm misst. Dabei steckt in diesem miniaturisierten Gehäuse die komplette Auswerteelektronik, welche für die wiederholgenauen Schalt­punkte sowie für die präzisen Analogmesswerte verantwortlich ist. Zudem sind diese industrietauglichen Sensoren robust, EMV-stabil und
erfül­len die Schutzklasse IP 67. Hitze, ölige Umgebungen und Vibrationen, wie sie in Werkzeugmaschinen normal sind, können den Sensoren nichts anhaben.

Hier spielt Baumer seine jahrzehntelange Erfahrung mit Miniatursensoren aus.

Messen statt schalten

Anstatt die drei Positionen der Zugstange mit schaltenden Sensoren zu erkennen, stellt ein analoger induktiver Abstandssensor eine alternative Lösung dar. Dies bedingt an der Zugstange einen Steilkegel statt eines Tellers. Durch einen mit der Zugstange verbundenen Steilkegel ist es für den messenden Sensor möglich, die Position der Zugstange zu erfassen und somit den Zustand des Spannfutters zu erkennen. Den drei Positionen der Stange lassen sich die Abstände beziehungsweise die jeweiligen Spannungswerte zuordnen, die in der Steuerung ausgewertet werden. Der Einsatz eines messenden Sensors hat einige Vorteile: Zum einen benötigt ein Sensor weniger Platz als drei einzelne schaltende Sensoren und erzeugt weniger Montageaufwand. Zum anderen überwacht der Sensor den Zustand des Werkzeugspanners kontinuierlich. Das ermöglicht beispielsweise, zu erkennen, wenn das Werkzeug sich löst oder nicht zentriert eingespannt ist. Dies kann der Fall sein, wenn Späne zwischen
Spindel und Werkzeug fallen. Die Folgen können Beschädigungen am Werkzeug oder Qualitätsprobleme beim Werkstück sein. Durch die präzisen Sensoren von Baumer wird die Wiederholgenauigkeit der Werkzeugspannung optimiert. Dadurch wird ein möglicher Unrundlauf des eingesetzten Werkzeuges minimiert beziehungsweise frühzeitig erkannt. Ein messender Sensor verbessert die Verlässlichkeit des Spannsystems und sichert sowohl die Qualität der Bearbeitung als auch die Anlagenverfügbarkeit, was sich in einer höheren Gesamtanlageneffektivität auswirkt. Voraussetzung dafür sind eine mikrometergenaue Präzision des Sensors, ein möglichst grosser Erfassungsbereich sowie
eine geringe Temperaturdrift. Diesbezüglich bie-
ten die kleinsten induktiven Abstandssensoren Alpha­Prox von Baumer laut eigenen Angaben die
höchste Performance am Markt. Die verlässlichen Messwerte und die hohe Genauigkeit liefern dem
Anwender dadurch bei der Werkzeugspannung eine maximale Reproduzierbarkeit.

Einer der kleinsten distanzmessenden Induktiv-Sensoren auf dem Markt ist von Baumer:
der induktive Analogsensor IF08. Diese Pro­dukt­familie hat ein quaderförmiges Gehäuse, das
16 x 8 x 4,7 mm misst. Dennoch enthält es die komplette Auswerteelektronik sowie eine Bohrung zur flexiblen Montage auch bei engen Einbauverhältnissen. Die Messdistanz beträgt 2 mm mit einem Ausgangssignal von 0 bis 10 VDC.

Flexibel mit IO-Link

Noch mehr Flexibilität bietet der miniaturisierte distanzmessende Induktiv-Sensor der Serie IR06 mit digitaler IO-Link-Schnittstelle in einem nur 6,5 mm dicken und 46 mm langen Gehäuse. Mit der standardisierten Schnittstelle kann der Spannprozess einfach in die Steuerung eingebunden werden. Die erfassten Werte können aufgezeichnet und über ein Histogramm ausgewertet werden. Dadurch werden Messabweichungen frühzeitig erkannt und allfällige Fehleranalysen vereinfacht. So können beispielsweise über die Vibration kleinste Änderungen im Prozess erkannt und adressiert werden, bevor ein Schaden am Werkstück entsteht. Des Weiteren stellt der Sensor zusätzliche Diagnosedaten bereit, beispielsweise die Temperatur des Sensors, was die Konstrukteure der Werkzeugmaschine nutzen können, um indirekt eine Erhitzung der Spindel zu erken­nen. Darüber hinaus bietet der Sensor alle Vorteile von IO-Link wie die einfache Parametrierung und die schnelle Inbetriebnahme eines Austauschsensors durch den Download der Parameter vom IO-Link-Master anhand der Parameterserver­funktion.

Keine Kompromisse

Das umfassende Portfolio an miniaturisierten indukti­ven Sensoren bietet dem Anwender die maxima­le Flexibilität für die sichere Lösung des Werkzeugspannprozesses. Dabei liegt die Wahl beim Kunden, ob der Spannprozess mit schalten-
den Sensoren oder einem messenden Sensor
überwacht werden soll – ohne Kompromisse oder Einschränkungen. SMM

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