Digitalisierung: So arbeitet die nächste Generation

Mit einer hohen Produktivität und Effizienz ist es bei modernen Werkzeugmaschine nicht getan, wie Martin Dreher, Geschäftsführer bei Drehertec in Denkingen, erläutert: „Zunehmend wichtiger gestalten sich auch deren Bedienerfreundlichkeit sowie produktionsrelevante Umweltaspekte“, erklärt er.

Viele Unternehmen, die Werkzeugmaschinen einsetzen, versuchen sich mit kleineren Losgrößen und höherer Variantenvielfalt von der Konkurrenz abzuheben. Damit sich Maschinen trotz individueller Produkte und kürzerer Produktlebenszyklen für den Betreiber rentieren, müssen sie flexibel sein und sich über mehrere Produktgenerationen hinweg einsetzen lassen.

Nachhaltigkeit und Industrie 4.0 schließen sich bei Werkzeugmaschinen nicht aus. „Entgegen der verbreiteten Annahme, sie beeinträchtige aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs das Prinzip der Umweltverträglichkeit, entpuppt sich die Digitalisierung vielmehr als wesentliche Treibkraft,“ betont Dreher. „Gerade im Bereich der Zerspanung birgt sie bei intelligenter Umsetzung erhebliches Potenzial für die nachhaltige Fertigung.“

Neueste Entwicklungen im Bereich des Werkzeug- und Formenbaus haben als primäre Ziele, Schäden zu verhindern und Verschleiß zu verringern, was zu einem reibungslosen Prozessablauf beiträgt. Bei der Werkzeugaufnahme kontrollieren beispielsweise Sensoren die im Inneren der Maschine erzeugten Schwingungen und Prozesskräfte. Da die Messfühler durch ihre überwachende Funktion dauerhaft aktiv sind, verbrauchen sie meist zusätzliche Energie. Hier hält die Digitalisierung eine Lösung bereit: Energy Harvesting bezeichnet ein Verfahren zur Senkung des gesamten Verbrauchs, das kleine Mengen erzeugter Elektrizität für mobile Geräte mit geringer Leistung fördert.

„Indem Nanogeneratoren die durch Vibrationen, Umgebungstemperatur oder Luftströmungen erzeugte Kraft sammeln und sie an die Sensoren des Werkzeugsystems abgeben, werden Batterien nicht länger benötigt“, erklärt der Experte für Drehmaschinen. Durch die Bündelung überschüssiger Ressourcen mithilfe eines Sammelsystems lassen sich somit ganz nebenbei Einsparungen vornehmen.

Neben der Reduktion des Energieverbrauchs steht der Trend zu präventiven Strategien. Um eine eventuelle Beschädigung der Bauelemente oder Werkzeuge zu verhindern, liefert das System zum Beispiel Informationen über die Position der Schneidelemente.

„Als Schlüsseltechnologie im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Werkzeugeffizienz fungiert allerdings der digitale Zwilling, der ein exaktes Abbild des Produktionsmittels wiedergibt,“ erläutert Dreher.

Eine Kombination aus gesammelten Echtzeitdaten und Algorithmen bildet den digitalen Zwilling in einem virtuellen Raum ab. Diese zentral zugängliche Plattform empfängt alle Daten über den Zustand der Werkzeuge und ist sukzessive mit weiteren Informationen über die Fertigung erweiterbar.

Bei der Vernetzung der einzelnen Maschinen zu einem reibungslosen Gesamtkreislauf leisten cloudbasierte Softwarelösungen einen wichtigen Beitrag, etwa beim Werkzeugmanagement: Indem das Programm sich sowohl um die Einstellung als auch die Aufbereitung und Optimierung der Fertigungsmittel kümmert, kann ein Großteil der Zeit des Anwenders, der diese Aufgaben üblicherweise manuell bewältigt, eingespart werden. Die Cloud speichert die Prozessdaten und fungiert darüber hinaus als Schnittstelle für unterschiedliche Nutzer, indem sie die Werte auf einer Plattform für alle zur Verfügung stellt.

Nicht nur digitale Zwillinge, sondern auch Informationen wie Schnittdaten oder die Anzahl der Wiederaufbereitungen lassen sich auf solchen Plattformen bereitstellen. Zudem ermöglichen Cloud-Lösungen die Vernetzung über die Unternehmensgrenze hinweg. Auf diese Weise führen sie Werkzeughersteller, Dienstleister und Zerspanungsbetrieb näher zusammen, was die Kooperation dieser Akteure vereinfach. „Als Bindeglied zwischen smarten Maschinen und Anwendern kombiniert die Cloud moderne Technologien mit bewährten Fertigungsmethoden und dient als Basis für nachhaltiges Zerspanen im digitalen Zeitalter der Industrie 4.0,“ fasst Dreher zusammen.