KMU-innovativ Cyberphysisches 4-Backen-Drehspannfutter mit elektrischer Kraftbetätigung für die vernetzte Hochleistungs- und Präzisionsbearbeitung (CyberChuck)

Problemstellung
Die zunehmende Digitalisierung und Vernetzung von Produktionssystemen bietet große Chancen für eine höhere Individualisierung von Produkten. Diese Individualisierung ist ein Trend unserer sich demografisch wandelnden Gesellschaft. Durch kleiner werdende Losgrößen steigt die Komplexität von Lösungen zur Prozessüberwachung und Qualitätssicherung. Aufgrund dieser Herausforderungen können bekannte, statische Ansätze der Prozessplanung und -steuerung nur mit viel Aufwand angewandt werden. Durch cyberphysische Betriebsmittel lässt sich die Produktqualität bereits während der Fertigung frühzeitig und effizient bewerten. Dazu müssen die Betriebsmittel durch Sensorik befähigt werden, Produktionsdaten während der Fertigung zu erheben. Die erfassten Produktionsdaten bilden die Grundlage zur Optimierung von Prozessabläufen durch intelligente Eingriffe in die Prozesssteuerung. Diese Potenziale bleiben mit heutigen Kraftspannfuttern allerdings weitestgehend ungenutzt.

Projektziele
Um dieses Ziel zu erreichen, wird im KMU-innovativ-Projekt CyberChuck die Krafterzeugung in das Kraftspannfutter integriert und dazu ein kompakter Aktor entwickelt, der eine flexible Anpassung und genaue Messung der Spannkraft ermöglicht. Dies gelingt durch die Kombination von hydraulischer und elektromotorischer Krafterzeugung direkt im Spannfuttergehäuse. Die hydraulische Übersetzung ermöglicht sowohl sehr hohe Spannkräfte als auch eine feindosierte Anpassung der Spannkraft durch den elektrischen Antrieb. Die Höhe der Spannkraft wird über die inhärenten sensorischen Fähigkeiten des elektrischen Antriebs bestimmt, ohne weitere Sensorik zu benötigen.

Vorgehensweise
Zur Lösung der Aufgaben werden computergestützte Konstruktions-, Simulations- und Analysemethoden eingesetzt. Mit Hilfe einer eingebetteten Intelligenz werden Betriebsdaten erfasst und die notwendigen Spannkräfte ausgeregelt. Zusätzlich werden die so verfügbaren Daten einem übergeordneten cyberphysischen Produktionssystem kommuniziert. Ein Machbarkeitsnachweis als integrierte cyberphysische Lösung erfolgt durch die Anbindung an eine IIoT-Plattform (Industrial-Internet-of-Things).

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Das cyberphysische Kraftspannfutter mit integrierter Informationstechnik und aktorischer Komponente birgt große Chancen, bisherige Kraftspannfutter zu ersetzen. Hohe Kräfte elektrohydraulisch auf kompaktem Bauraum aufzubringen, diese gleichzeitig zu überwachen und an übergeordnete Systeme übermitteln zu können, bietet ein hohes Potenzial zur weiteren Verwertung. So kann ein Geschäftsmodell eingeführt werden, welches es ermöglicht, mit Hilfe einer bibliothekgestützten App die Spannkräfte einzustellen. Dieses Potenzial soll branchenübergreifend, beispielsweise in der Medizintechnik und im Modellbau, genutzt werden.