Spindel-Überwachungslösung Mobile Überwachung für den Spindelservice

Von Theo Drechsel

Die Kptec Service GmbH repariert, überholt und prüft Bearbeitungsspindeln von Werkzeugmaschinen. Unterstützung bei der Analyse und Diagnose von Spindeln vor dem Ausbau erhält Kptec von der mobilen Spindelüberwachungslösung Portable Spindle Control (PSC) von Blum-Novotest.

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Kptec repariert, überholt und prüft Bearbeitungsspindeln von Werkzeugmaschinen.
Kptec repariert, überholt und prüft Bearbeitungsspindeln von Werkzeugmaschinen.
(Bild: Kptec/Blum-Novotest)

Die Kptec Service aus Schorndorf bei Stuttgart repariert motor- und riemengetriebene Antriebsspindeln von Werkzeugmaschinen unabhängig von Hersteller und Alter. 25 Spindelexperten zerlegen und analysieren die angelieferten Spindeln, tauschen die defekten Bauteile aus und montieren die Spindel wieder. Den Einbau und die Inbetriebnahme übernehmen Partnerfirmen, die auf den jeweiligen Maschinentyp spezialisiert sind. Etwa 1000 Spindeln pro Jahr werden so bei Kptec wieder instand gesetzt.

«Wir fertigen viele Ersatzteile selbst, das ermöglicht uns, Spindeln in kürzester Zeit zu reparieren, damit der Kunde so schnell wie möglich weiterarbeiten kann – das ist ja das eigentliche Ziel unseres Spindel-Services. Für Stammkunden haben wir sogar Tauschspindeln auf Lager, sodass bei einem Defekt sofort eine intakte Spindel geliefert werden kann», unterstreicht Marco Popp, Geschäftsführer der Kptec Service GmbH. «Die defekte Spindel wird dann aufgearbeitet und für den nächsten Einsatz auf Lager gelegt. Damit können wir im Idealfall die Maschine in weniger als einem Tag wieder zum Laufen bringen.» Zudem werden beschädigte Wellen oder Werkzeugaufnahmen durch Laserauftragsschweissen und nachträgliches Schleifen aufgearbeitet. Hier verfügt die Kptec Service über einen eigenen NC/CNC-Maschinenpark und jahrzehntelanges Mitarbeiter-Know-how.

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Prüfung der Spindeln im eingebauten Zustand

Ein sehr wichtiger Aspekt im Bereich Spindel-Service ist die Prüfung der Spindeln im eingebauten Zustand. Wenn ein Unternehmen feststellt, dass eine Maschine nicht mehr die gewohnte Präzision erreicht oder Oberflächen nicht in der geforderten Qualität bearbeitet werden, muss Kptec Service zunächst einmal prüfen, wo das Problem liegt. Bisher hatten Anwender nur die Möglichkeit, einen Messdorn in die Spindel einzusetzen und manuell per Messuhr die Abweichungen der Spindel zu erfassen. Da diese Messung berührend und nicht unter Arbeitsdrehzahl erfolgt, ist das in der Praxis natürlich weniger aussagekräftig. Zudem ändern sich die Verhältnisse an einer Spindel mit der Drehzahl und Laufzeit stark. Beispielsweise variiert die Vorspannung in den Lagerpaketen über den Drehzahlbereich, die Spindel erwärmt sich und dehnt sich aus – all diese Veränderungen, die im laufenden Betrieb sehr wohl eine Rolle spielen, lassen sich bei einer Messung von Hand nicht erfassen und berücksichtigen.

Portable Messlösung: Stabilitäts- und Rundlaufmessung

Mit Portable Spindle Control (PSC) vertrauen die Schorndorfer einer innovativen, portablen Messlösung aus dem Hause Blum-Novotest. In der Praxis ist die erste Messung üblicherweise eine Stabilitätsmessung. Hierbei rotiert die Spindel zum Aufwärmen bei Nenndrehzahl, danach wird beispielsweise 30 Sekunden gemessen. Verlagert sich die Spindel innerhalb dieser Zeit in Achsrichtung über einen zuvor definierten Bereich, ist die Spindel thermisch noch nicht stabil und wird weiter vermessen, bis sich die Messwerte im 30-Sekunden-Zeitfenster nicht mehr verändern. «Dann ist sie thermisch stabil. Wir haben auch schon erlebt, dass die Spindel diese Messung nicht schaffte», berichtet Marco Popp. «In einem Fall konnten wir nachweisen, dass das Kühlaggregat zu spät ansprang und die Spindel zu heiss wurde. Immer wieder sind auch verstopfte Kühlleitungen für solche Fehlerbilder verantwortlich.»

Es folgt eine Rundlaufmessung über den gesamten Drehzahlbereich hinweg, dabei wird der axiale Planlauf und radiale Rundlauf präzise gemessen und dokumentiert. Anschliessend werden eine Vibrationsanalyse sowie Parametermessungen durchgeführt, inklusive Aufnahme verschiedener Schwingungen innerhalb der Spindellager. Bei Kptec Service erinnert man sich an einen Fall, bei dem zunächst alle Werte okay erschienen. Erst bei über 9000 U/min gingen die axialen Rundlaufwerte über die gewünschten fünf Mikrometer hinaus. Auch bei der Schwingungsmessung ergaben sich bei hohen Drehzahlen Schwankungen. Es stellte sich heraus, dass die Maschine auf der Z-Achse einen Crash hatte. Ein weiteres Anwendungsbeispiel kommt von einem bekannten Automobilzulieferer: Hier konnte der Spindel-Service mit Hilfe von PSC zeigen, dass an einem Bearbeitungszentrum mit Doppelspindel eine der beiden Spindeln ausgeschlagen war, was zu teurem Ausschuss und Fehlbearbeitungen führte.

Unabhängigkeit von der Maschinensteuerung

Durch die sehr präzisen berührungslosen Messungen lassen sich auch Probleme rund um die Spindel erkennen, die genau genommen nichts mit ihr zu tun haben. Das sind zum Beispiel ausgeschlagene Kugelgewindetriebe oder auch Maschinenführungsbahnen, die verschlissen sind, weil jahrelang dieselben Teile auf der Maschine gefertigt wurden und der Schlitten sich immer an denselben Stellen bewegte. «Ein grosser Vorteil von PSC ist die Unabhängigkeit von der Maschinensteuerung. Das System ist eine Plug-and-play-Lösung, die zum Betrieb keine Anbindung an die Maschinensteuerung oder damit verbundene PLC-Anpassungen erfordert», erläutert Erhard Strobel, Mitarbeiter im technischen Vertrieb von Blum. «So ist PSC perfekt für den mobilen Einsatz geeignet. Es werden Messprogramme mitgeliefert, man kann die einfachen Abläufe aber auch schnell von Hand an der Maschine programmieren.» Zudem ist es möglich, die Abläufe einfach manuell ablaufen zu lassen.

Durch das PSC-System ist Kptec Service in der Lage, den Kunden neue Services anzubieten, die bisher nicht möglich waren. Zum Beispiel auf ihre Anforderungen zugeschnittene Serviceverträge abzuschliessen. Da sie planbar sind, wird somit die Maschinenverfügbarkeit massiv erhöht. Die Aussendienstmitarbeiter des Spindel-Services kommen dabei turnusgemäss beim Kunden vorbei und prüfen mit dem PSC-System zwei oder drei dafür freigehaltene Maschinen. So lassen sich beginnende Defekte sehr früh erkennen. Der Kunde kann dann präventiv eine Ersatzspindel kaufen oder ihm wird eine Tauschspindel geliefert, die zu einer geeigneten Zeit – am Wochenende oder während einer längeren Rüstphase – eingebaut wird. So wird ungeplanter Maschinen-Stillstand minimiert. Zudem erstellen die Kptec-Spezialisten mit Hilfe des PSC eine Langzeitdokumentation der Spindeln, mit deren Hilfe sich Entwicklungen über Jahre verfolgen lassen. So können auch sehr langsam ablaufende Verschleissprozesse erkannt und dadurch rechtzeitig reagiert werden. Die Schorndorfer planen eine digitale Spindelakte, auf die der Kunde Zugriff hat und in der der gesamte Lebenslauf einer Spindel vom Angebot über Lieferung, Einbau und Messungen dokumentiert ist.

Grafische Visualisierungen der Messwert­ergebnisse

Als grossen Vorteil betrachtet Marco Popp die grafischen Visualisierungen, mit deren Hilfe die LC-Vision-PSC-Software die Messergebnisse darstellt: «Das ist ein riesiger Kompetenzbeweis und schafft Vertrauen. Der Kunde sieht auf einen Blick, wie es um seine Spindel steht, und muss sich nicht mühsam in Messwertlisten einlesen.» Der Geschäftsführer ergänzt: «Hierbei können die beschriebenen Messungen von Rundlauf, Vibration wie auch der thermischen Stabilität sowie der Spindelparameter ausgewertet und visualisiert werden. Wir können schnell zeigen, ob und wo ein Problem existiert, und entsprechend Abhilfe vorschlagen.» Der Kunde kann anhand der Diagramme entscheiden und weiss, was Sache ist. Schliesslich geht es um Spindeln im Wert von 35 000 Euro und mehr, die man dem Spindel-Service anvertraut.

Zur Transparenz gegenüber dem Kunden gehört bei Kptec Service auch das Anfertigen von Protokollen vom Demontage- und Aufarbeitungsprozess. Dem Kunden wird zudem angeboten, nach dem Einbau der Spindel nochmals eine Messung mit dem PSC-System vorzunehmen. Das schafft zusätzliches Vertrauen, weil der Kunde dann genau sieht, wie sich die Reparatur ausgewirkt hat. Oft führt ein solcher Termin zu weiteren Messungen, weil Fertigungsleiter die Anwesenheit der Kptec-Aussendienstmitarbeiter nutzen, um weitere Maschinen mit dem PSC-System von Blum prüfen zu lassen. Das ist aktuell ein interessantes Thema, weil bei Unternehmen aufgrund der Coronakrise die Auslastung nicht bei hundert Prozent liegt und so Zeit zum Messen zur Verfügung steht. Viele nutzen diese Situation, um den Maschinenpark auf Vordermann zu bringen. Und mit Portable Spindle Control schaffen es die Schorndorfer, drei bis vier Maschinen pro Tag zu vermessen.

«Wir können unsere Kunden optimal unterstützen und dafür sorgen, dass sich die Spindeln drehen», zieht Marco Popp ein positives Fazit. «Dabei geht es ja nicht nur um eine teure Spindel, sondern um noch wesentlich teurere Bearbeitungszentren, die im schlimmsten Fall stehen, und den damit verbundenen, oftmals noch teureren Produktionsausfall. Mit Portable Spindle Control unterstützen wir die Kunden dabei, dass sie sich auf ihre Maschinen jederzeit verlassen können.»

Win-win-Zusammenarbeit

Blum-Novotest bewertet die Zusammenarbeit mit Kptec Service als für beide Seiten sehr erfolgreich und effizient. Hinzu kommt, dass der Mess- und Prüftechnikspezialist sehr stolz auf PSC ist, weil das System erstmals das Know-how der drei Geschäftsbereiche Messkomponenten, Messmaschinen und Prüftechnik vereint. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit den Schorndorfern konnte Blum die Hard- und Software an den Anforderungen der Praxis im Spindel-Service optimieren, was das Produkt jetzt so richtig rund macht.

Auch bei Kptec Service ist man mit der Partnerschaft mit Blum sehr zufrieden: «Wir sind einer der ersten Anwender des Systems und konnten anfangs einige Verbesserungsvorschläge aus der Praxis in die Entwicklung einfliessen lassen. Das war eine Win-win-Situation, weil wir unser Spindel-Know-how und die Rückmeldungen unserer Kunden in die Blum-Entwicklung miteinbringen konnten und somit das Produkt perfekt auf unsere Anforderungen passt», blickt Marco Popp zurück. «Wir hatten die Ankündigung von Portable Spindle Control übrigens bei einem Onlineevent gesehen und sofort eine Vor-Ort-Präsentation bei Blum vereinbart. Nach einem weiteren Termin bei uns wurde schon der Kaufvertrag unterschrieben – noch bevor Blum PSC beim Tech-Talk-Event offiziell vorgestellt hat.» SMM

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