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Bei über 10.000 verschiedenen Werkzeugen im ständigen Kreislauf ermöglichen die Daten auf den Chips in den Werkzeughaltern eine übersichtliche Werkzeugverwaltung.
Die Kennzeichnung der Werkzeuge mit dem Werkzeug-Identifikationssystem beginnt in den Werkzeug-Voreinstellgeräten.
Das Identifikationssystem gehört zu den ersten industriellen RFID-Systemen, das in Bearbeitungsmaschinen eingesetzt wurde.

Fest am Werkzeughalter angebrachte RFID-Datenträger sorgen für die direkte, unverlierbare und unverwechselbare Zuordnung von Werkzeug- und Prozessdaten. Dies beginnt mit einer individuellen Kennung und reicht je nach Wunsch und Zielsetzung des Anwenders bis hin zu Einstellparametern, Reststandzeiten oder Verschleiß- beziehungsweise Korrekturdaten. In der Praxis ordnet ein zentraler Rechner diese Daten zu oder sie werden direkt vollständig auf dem Datenträger am Werkzeughalter gespeichert und über die Einsatzorte der Werkzeuge mitgereicht. Es ist lediglich eine Frage der Auslegung hinsichtlich Schreib- und Lesbarkeit sowie der Speichergrößen der Chips, die sich bei der Auswahl des passenden Werkzeug-Identifikationssystems auf Basis der RFID-Technologie stellt. So bleibt es letztlich dem Anwender überlassen, für welche Variante er sich aufgrund seiner Anforderungen und Gegebenheiten entscheidet. Balluff bietet mit unterschiedlichen Varianten der Identifikationssysteme BIS Lösungen im LF- und HF-Bereich. Die Daten lassen sich immer eindeutig zuordnen, weil sich alle Geometrie- und Prozessdaten immer am oder in direktem Bezug zum Werkzeug befinden.

Anwender der ersten Stunde

Das Werk Nabburg des Werkzeugherstellers Kennametal stellt unter anderem Trägerwerkzeuge für industrielle Zerspanungswerkzeuge, vom Drehhalter bis zum Sondersystemwerkzeug, her. Schon vor über 20 Jahren hat das Unternehmen damit begonnen, die vielen in der eigenen Fertigung eingesetzten Werkzeuge zu kennzeichnen. „Wir hatten anfangs ein Tool-Identifikationssystem mit zentral übergeordneter Datenspeicherung, nutzen aber schon seit Balluff das BIS-C entwickelt hat, die mehrfach beschreibbaren Datenträger zur Datenhaltung direkt am Werkzeug“, erzählt Ludwig Wittmann, der zuständige Manager für Quicktool und Stechwerkzeuge.

Die Kernkomponenten des Identifikationssystems sind robuste Datenträger in Miniaturbauweise, ein Schreib-/Lesekopf und eine Auswerteeinheit. Die Kommunikation erfolgt berührungslos durch induktiven Datenaustausch (Radio-Frequency Identification, RFID). In den Datenträgern (Transponder), auch kurz Chip genannt, ist die Elektronik, hauptsächlich bestehend aus einer Spule und einer Steuerlogik sowie einem EEPROM- oder FRAM-Speicherelement, sicher vor widrigen Umgebungsbedingungen eingekapselt. Außerdem sind die Datenträger so konzipiert, dass für den sicheren Datentransfer mittels RFID-Technologie auch im Umfeld metallischer Werkstoffe gesorgt ist. Dabei empfängt ein von einem Schreib-/Lesekopf angesprochener Datenträger das Energiesignal, baut daraus seine Versorgungsspannung auf und sendet danach seine Daten als Pulsweiten-moduliertes Signal in Richtung Schreib-/Lesekopf. Die Puls-Code-Modulation ist unempfindlich gegenüber Störungen und sorgt für eine reproduzierbare fehlerfreie Kommunikation. Eine Auswerteeinheit verwaltet den Datentransfer zwischen Datenträger und dem steuernden System, zum Beispiel SPS, PC oder CNC. Anwendungsbezogene Softwarefunktionalitäten verbessern die Stör- und Datensicherheit der Systeme und deren Qualität.

Die Datenträger für die Werkzeugidentifikation entsprechen in ihrer äußeren Geometrie mit 10 mm Durchmesser und 4,5 mm Bauhöhe den Anforderungen der Branche, die in den Normen DIN 69873, DIN 69893-1, DIN 69893-2 und DIN 69893-6 definiert sind. Sie beschreiben auch die Einbaulage der Datenträger im Werkzeughalter. Die vom Anwender nutzbare Speicherkapazität eines solchen Datenträgers liegt derzeit bei maximal 2 kB. Das Speichermedium erlaubt aufgrund der EFRAM-Technologie unbegrenzte Schreibzyklen. Je nach Einbausituation sind maximale Schreib-/Leseabstände bis zu 5 mm mit absolut sicherer Datenübertragung möglich.

Fokus auf Standzeitmaximierung und Prozesssicherheit

Bei Kennametal beginnt die Kennzeichnung der Werkzeuge in den Voreinstellgeräten mit einer Identifikationsnummer und den jeweiligen Vor-Einstelldaten, beispielsweise X-, Y- und Z-Geometrien oder Radius. Die Speicherkapazitäten der Datenträger ermöglichen auch das Ablegen von weiterreichenden Informationen wie Gewichte, Drehzahlen, Kühlmengen, Standzeiten oder Korrekturdaten. „Im Mittelpunkt unserer Interessen stehen vor allem die Standzeiten“, erklärt Wittmann. Diese werden in der jeweiligen Maschine, in der ein Werkzeug eingesetzt wird, erfasst und immer bei Entnahme des Werkzeugs auf dessen Datenträger abgespeichert. Der Vorteil ist die verbesserte Standzeitausnutzung der wechselweise in unterschiedlichen Maschinen eingesetzten Werkzeuge. „Nur dank der fest mit dem Werkzeug verbundenen und bis zum endgültigen Verschleiß mitgeführten Daten, ist eine maximale Kontrolle der Reststandzeiten praktikabel“, bestätigt Wittmann. Eine detaillierte Erhebung über das sich allein daraus ergebende Einsparpotenzial gibt es zwar nicht, aber aus der Erfahrung und vor dem Hintergrund, dass ständig weit über 10.000 verschiedene Werkzeuge im Werkzeugkreislauf unterwegs sind, lässt sich ein hoher monetärer Nutzen abschätzen. Bei Kennametal beziffert man diesen vier- bis fünfstellig pro Bearbeitungszentrum und Jahr. Mit über 60 solcher Maschinen ergibt sich ein beträchtlicher Betrag eingesparter Werkzeugkosten.

Ähnlich wie mit den Standzeiten verfährt das Unternehmen mit den Korrekturwerten. Das heißt, Maßkorrekturen, die während den Bearbeitungen aufgrund von Werkzeugverschleiß manuell in die Maschinensteuerung eingegeben werden, bleiben zunächst dort gespeichert. Sie finden bei wiederholtem Einsatz des jeweiligen Werkzeugs automatisch Berücksichtigung. Wird ein Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin der Maschine in die zentrale Werkzeugverwaltung oder eine andere Maschine entnommen, werden etwaige Korrekturdaten auf dem Chip im Werkzeughalter gespeichert. Dies sorgt für eine hohe Prozesssicherheit, weil letztendlich die Ist-Geometrien eines Werkzeugs über die Vor-Einstellwerte und die ergänzenden Korrekturwerte automatisch erkannt werden. Da diese untrennbar zugeordnet sind, werden darüber hinaus auch Fehler, die bei manueller Eingabe entstehen können, ausgeschlossen. „Schon deshalb sehen wir in der Erfassung und eindeutigen Zuordnung von Verschleiß-Korrekturwerten einen der Hauptnutzen des Werkzeug-Identifikationssystems“, kommentiert Wittmann.

Kennametal schätzt an dem Werkzeug-Identifikationssystem die Übersicht in der Werkzeugverwaltung. „Wir wissen jederzeit wo und in welchem Zustand sich unsere Werkzeuge befinden“, kommentiert Wittmann. Um das Handling der Werkzeuge zu unterstützen, wurden in den Einlagerungsbereichen separate Schreib-/Lesestationen eingerichtet, die den Mitarbeitern vor Ort, auch außerhalb von Maschinen und Einstellgeräten, jederzeit Zugriff auf die abgespeicherten Daten in der Werkzeugaufnahme erlauben. So summieren sich die monetären Vorteile täglich durch effizientere Abläufe. Die große Wirkung der kleinen Chips in den Werkzeugaufnahmen entsteht im Zusammenspiel durch effizientere Logistik sowie reduzierte Rüst- und Programmierzeiten. Dadurch erhöht sich auch die Maschinenverfügbarkeit. Gleichzeitig sinken Werkzeugkosten durch verbesserten Bestand sowie erhöhte Nutzung und letztlich steigt die Fertigungsqualität.