Entwicklung eines selbstlernenden mechatronischen Stanzwerkzeugs (SeMeSta)

Problemstellung:
Der Werkzeugbau ist als Bindeglied zwischen der Produktentwicklung und der Serienproduk-tion der zentrale Befähiger einer leistungsstarken produzierenden Industrie in Deutschland. Durch komplexe und intelligente Werkzeuge können Produkte in großer Stückzahl in kurzer Zeit hergestellt werden. Da bis zu 60 v. H. der Produktionskosten auf die Herstellung oder Beschaffung der Werkzeuge entfallen, wird von den Anwendern in der industriellen Produkti-on eine hohe Zuverlässigkeit und Prozesssicherheit erwartet. Selbst geringfügige Störungen an schnelllaufenden Stanzwerkzeugen können in kurzer Zeit zu einer großen Anzahl von Fehlteilen führen oder sogar Produktionsstillstände und damit erhebliche Kosten verursachen.

Projektziel:
Ziel des KMU-innovativ-Projekts SeMeSta ist, die Verfügbarkeit solcher Werkzeuge durch den Einbau eines intelligenten, selbstlernenden Sensor-Aktor-Regelkreises signifikant zu erhöhen. Das Werkzeug mit integrierter Mechatronik ist damit in der Lage, mittels Sensoren defekte Teile und Veränderungen am Werkzeug zu erkennen und mittels Aktoren gezielt Stellgrößen zu verändern, um den Prozess zu stabilisieren.

Vorgehensweise:
Dazu ist eine Regelung zu entwickeln, die Sensoren und Aktoren zu einem mechatronischen System verknüpft. Gleichzeitig führt die ständige Werkzeugüberwachung des Produktions-prozesses durch Sensoren zu einem verbesserten Prozesswissen in der Fertigung, welches in die Weiterentwicklung im Werkzeugbau verwendet werden kann. Der Werkzeugbauer kann damit einen Mehrwert anbieten, indem er nicht nur ein Werkzeug verkauft und dem Kunden die Anwendung überlässt, sondern durch die Produkt-Service-Kombination mit dem selbstlernenden Werkzeug für einen stabilen Produktionsprozess sorgt. Die Machbarkeit des Gesamtkonzeptes wird anhand eines Demonstrationswerkzeuges gezeigt.

Anwendungspotential und erwartete Ergebnisse:
Aus technischer Sicht liegt die Herausforderung des Forschungsvorhabens insbesondere in der Zusammenführung der einzelnen Systeme zu einer kompletten, aber autonomen Lösung. Gleichzeitig muss das neue selbstlernende mechatronische Stanzwerkzeug wirtschaftlich einsetzbar sein, um sich im ständig verschärfenden internationalen Wettbewerb zu be-haupten. Über den konkreten Anwendungsfall für schnelllaufende Stanzwerkzeuge in der Serienproduktion hinaus sind die im Betrieb gesammelten umfangreichen Produktionsdaten für die Weiterentwicklung von Werkzeugen von großem Interesse. Der Lösungsansatz der ins Werkzeug integrierten Mechatronik lässt sich auf die gesamte Werkzeugbaubranche übertragen.

• Fritz Stepper GmbH & Co. KG
• RWTH Aachen
• WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH