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Crashvermeidung Radarbasierte Kollisionsverhütung in der Werkzeugmaschine

| Autor / Redakteur: Uwe Siart, Thomas Wächter und Stefan Bonerz / Peter Königsreuther

Kollisionen in Werkzeugmaschinen zerstören das Werkzeug, beschädigen die Maschine und unter Umständen auch teure Werkstücke. Meist sind es Bedienungsfehler, die zu einem solchen Crash führen. Aktuell wird an einem radarbasierten System geforscht, das eine drohende Kollision aktiv erkennen und vermeiden soll.

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Bild 1: Das wird teuer. Beschädigtes Maschinenspindel-Innenleben nach einer Kollision des Werkzeugs mit dem Werkstück.
Bild 1: Das wird teuer. Beschädigtes Maschinenspindel-Innenleben nach einer Kollision des Werkzeugs mit dem Werkstück.
(Bild: GMN Paul Müller)

Kollisionen durch Bedienfehler gehören zu den vorherrschenden Ausfallursachen bei Standard-Bearbeitungszentren. Infolge einer mechanischen Überlastung nach einer Kollision zwischen dem bereits gespannten Werkzeug und dem Werkstück oder anderen Maschinenteilen können Komponenten wie das Werkzeugspannsystem, das Hauptspindellager oder gar die gesamten Handlingsysteme beschädigt sein (Bild 1). Die Folge sind hohe Kosten durch Stillstand, Reparatur und Wiederanlauf sowie gegebenenfalls Folgekosten durch Ausschussproduktion und Schadensersatzansprüche.

Sensorsystem soll Crash in der Werkzeugmaschine verhindern

Die Firma Ott-Jakob Spanntechnik entwickelt gegenwärtig gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik der Technischen Universität München ein Sensorsystem, welches eine drohende Kollision während der Maschineneinrichtung rechtzeitig erkennen und durch Abschalten der Antriebe vermeiden soll. Eine große Herausforderung ergibt sich dabei durch die hohe Dynamik und die großen Eilganggeschwindigkeiten, wie sie in modernen Bearbeitungszentren erreicht werden.

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Eingesetzt wird eine Technologie, die seit Jahrzehnten die Sicherheit in der Luftfahrt und im Schiffsverkehr garantiert, nämlich die Erkennung und die Ortung von Zielobjekten mithilfe der Radartechnik. Bedingt durch den rasanten Fortschritt in der Halbleitertechnologie sind Radarsysteme nicht mehr nur hallenfüllende Anlagen mit riesigen rotierenden Antennen.

Miniaturisierte Halbleitertechnik verhilft Radar zum Durchbruch

Durch die heute verfügbare hoch integrierte Hochfrequenzelektronik können Radarsensoren viel kleiner und kostengünstiger realisiert werden, sodass sie bereits seit Jahren serienmäßig in Automobilen verbaut werden und etwa zahlreich Einsatz als miniaturisierte Bewegungsmelder haben. Der rasante Siegeszug der Radarsensorik brachte die Spezialisten bei Ott-Jakob Spanntechnik auf die Idee, genau die Technik, die schon lange Zusammenstöße von Flugzeugen und Autos verhindert, in ihre Motorspindeln einzubauen.

Dabei war es besonders günstig, dass sich in räumlicher Nähe der Technischen Universität München am Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik eine Forschergruppe befindet, die mit ihren Arbeiten ständig die Möglichkeiten von Radarsensoren verbessert. Dort wurde nun auch ein Sensorkonzept entwickelt, welches in Zukunft die Werkzeuge in Bearbeitungszentren vor sogenannten geometrischen Kollisionen schützen soll. Zu dieser Art von Kollisionsgefahr gehören alle Zusammenstöße zwischen der Werkzeugspindel und anderen Maschinenteilen während der Positionierbewegungen.

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