Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Forschungsprojekt »Sense4Tool«
Werkzeughalter mit Gefühl: Intelligente Sensorik zwischen Werkzeug und Maschine
Durch miniaturisierte Sensorik wird der Weg zu einer vernetzten und adaptiven Produktion geebnet: Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen entwickelte gemeinsam mit fünf Industriepartnern im BMBF-Forschungsprojekt »Sense4Tool« einen intelligenten Werkzeughalter mit vier Sensorfunktionen und integrierter Datenverarbeitung, der die Überwachung und Regelung von Zerspanprozessen verbessert.
Der neue Werkzeughalter sollte mit der integrierten Sensorik in Echtzeit aussagekräftige Daten über Prozesskräfte und Schwingungen, das Drehmoment sowie die Temperatur des Werkzeugs erheben. Diese Daten können dann durch intelligente Algorithmen unmittelbar im Werkzeughalter analysiert, ausgewertet und der Prozesssteuerung zur Verfügung gestellt werden. Das versetzt die Maschine in die Lage, auf Veränderungen von Werkzeug, Werkstück oder Fertigungsumgebung schneller als bisher zu reagieren und den Prozess selbstständig anzupassen, noch bevor etwa Materialfehler oder Verschleiß zu Schäden am Werkzeug führen.
Funktionsprinzip des multisensorischen Werkzeughalters
Das Fraunhofer IPT und seine Projektpartner gingen durch den Einsatz miniaturisierter Sensorik und kompakter 3D-Elektronik im Werkzeughalter deutlich über den bisherigen Funktionsumfang herkömmlicher Systeme hinaus. Der neue Werkzeughalter verfügt zwar über die gängigen, standardisierten Werkzeugaufnahmen, überträgt aber sämtliche Prozessdaten über drahtlose, digitale Schnittstellen direkt an die Bearbeitungsmaschine und ist damit deutlich weniger störanfällig als bisherige sensorunterstützte Werkzeugsysteme. Auch die Energieversorgung des neuen Systems erfolgt über berührungslose, induktive Kontakte.
Kostengünstiges System durch automatisierte Montage
Ziel im Forschungsprojekt »Sense4Tool« war es darüber hinaus, den neuen Werkzeughalter durch einen automatisierten Montageprozess besonders kostengünstig und in großen Stückzahlen herstellen zu können. Daher befassten sich die Projektpartner parallel zur Entwicklung des Werkzeughalters auch mit der Entwicklung entsprechender Montagestrategien und -einrichtungen, um den Werkzeughalter schnell und profitabel gemeinsam zur Marktreife zu führen.
Durch den konsequenten Einsatz miniaturisierter Sensorik und moderner 3D-Elektronik gelingt es, die Werkzeugmaschine im Sinne der Industrie 4.0 zu einem autonomen cyberphysischen System aufzurüsten, das flexible und anpassungsfähige Zerspanprozesse ausführen kann.
Integrativer Entwicklungsprozess
Projektpartner
- EDC Electronic Design Chemnitz GmbH, Chemnitz
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- Häcker Automation GmbH, Schwarzhausen
- Mapal Dr. Kress KG, Aalen
- Montronix GmbH, Oberstenfeld
- Chiron-Werke GmbH & Co. KG, Tuttlingen
Das Projekt »Sense4Tool – Der multisensorische Werkzeughalter« wurde im »IKT 2020 - Forschung für Innovationen« Programm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) seit März 2015 unter dem Förderkennzeichen 16ES0171K für drei Jahre mit 69% des Projektvolumens von 1,68 Mio. Euro gefördert.
