Jeder Bohrer zählt RFID-Technologie maximiert Standzeiten von Bohrern

Redakteur: Susanne Reinshagen

Nach dem Motto «Gleiche Arbeitszeit für alle» werden Werkzeuge wie Bohrer, Fräsen oder Hobel nach einer festgelegten Zeit ausgetauscht oder nachgeschliffen – ob es nötig ist oder nicht. Das erhöht den Wartungsaufwand und ist kostenintensiv. Das Projekt »Cute Machining« vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS geht diese Herausforderung mithilfe einer neuen Übertragungstechnik mittels RFID-Tag an. Ziel ist es, Produktivität und Qualität im Industrie-4.0-Zeitalter zu optimieren.

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Bohrspindel im industriellen Fertigungsprozess: Mithilfe «intelligenter» Werkzeuge für Industrie 4.0 lassen sich Prozesse autonom optimieren.
Bohrspindel im industriellen Fertigungsprozess: Mithilfe «intelligenter» Werkzeuge für Industrie 4.0 lassen sich Prozesse autonom optimieren.
(Bild: Fraunhofer IMS)

Zahlreiche Arbeitsschritte in herstellenden Betrieben beinhalten spanabhebende Tätigkeiten: Sei es beim Bohren, Fräsen, Drehen oder Hobeln. Dabei wird jedoch nicht nur am Werkstück Material entfernt, auch das Werkzeug verschleisst nach und nach. Wann der Zeitpunkt für den Austausch oder das Nachschleifen gekommen ist, wird durch die Standzeit festgelegt. Diese ist aufgrund der unterschiedlichen Einflüsse, denen ein Werkzeug bei seiner Arbeit ausgesetzt ist, allerdings nur schwer exakt zu bestimmen. Zwar lassen sich Werkzeugcharakteristika berechnen, die Maschineneinstellung nimmt jedoch meist ein Mitarbeiter vor und verursacht damit eine bisher nicht zurück verfolgbare Beeinflussung. Hinsichtlich der Standzeit hat das eine Schwankungsbreite von ca. 25 Prozent zur Folge. Um Stillstände und Werkstückschäden zu vermeiden, werden Werkzeuge daher häufig zu früh gewechselt. Dies kann sich in Mehrkosten von bis zu 50 Prozent niederschlagen.

RFID-Tag ermöglicht unterbrechungsfreien Betrieb

Der Schlüssel zum Erfolg – und mehr Produktivität bei der Nutzung von Werkzeugen – ist die Bestimmung der maximal möglichen Standzeit jedes einzelnen Werkzeugs. Hierfür müssen jedoch zahlreiche individuelle Faktoren berücksichtigt werden, wie zum Beispiel die jeweilige Schneidtätigkeit, Einstellungen durch Mitarbeiter oder das Material der Werkstücke. Die Lösung: Eine individuelle Lebenszyklusakte, in der jedes Ereignis im Leben eines Werkzeugs festgehalten wird. Basierend auf diesen Daten entsteht dann in einem speziellen Management-Tool ein digitaler Werkzeugzwilling, über den präzise ermittelt werden kann, wann ein Werkzeug ausgetauscht oder erneuert werden muss. Wie aber kommen die Daten vom Werkzeug in das Management-Tool? Manuelles Auslesen scheidet aus. Nicht nur, weil hierfür der Betrieb unterbrochen werden muss, sondern auch, weil sich die Werkzeuge oft an unzugänglichen Orten befinden und herkömmliche Übertragungsmethoden durch das meist metallische Umfeld gestört werden.

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Forscher vom Fraunhofer IMS haben diese Herausforderung mit einer neu entwickelten RFID-Technologie gelöst. Die neuen Transponder arbeiten auf einem Frequenzbereich von 5,8 GHz und können auch in der schwierigen metallischen Umgebung von Produktionsstätten aus bis zu einem Meter Entfernung ausgelesen werden. Erst dadurch wird eine effektive Kommunikation zwischen Werkzeug und Datenbank möglich. Da der RFID-Transponder eine Fläche von weniger als 5 mm2 einnimmt, kann er leicht in die Oberfläche von Werkzeugen eingebaut werden.

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