Laufende Projekte

ImpSpin

Entwicklung einer sensorischen Spindel von Werkzeugmaschinen auf Basis der Messung der Wälzlagerimpedanz

Ausgangslage

Produktionsunternehmen sehen sich zunehmend einem hohen Preis- und Zeitdruck gegenübergestellt. Beim Bestreben, hierfür die Maschinenverfügbarkeit zu verbessern, ist die Reduktion von Servicezeiten (etwa Komponententausch oder Instandsetzung) ein naheliegender Ansatz. Allerdings haben vor allem KMUs Hemmnisse, ihre Fertigungseinrichtungen zu Cyber-Physischen-Produktionssystemen (CPPS) auszubauen und sich datenbasierten Geschäftsfeldern hin zu öffnen. Dies hat vielfältige Gründe, wie beispielsweise eine mögliche Abhängigkeit vom Cloudanbieter, schwer planbare Kostenprognosen oder Bedenken bezüglich der Datensicherheit.

Im Rahmen dieses Projekts soll daher die Frage geklärt werden, wie KMUs auf eigenen digitalen und sensorischen Technologieentwicklungen Geschäftsmodelle aufbauen können, sodass eine Beteiligung entlang einer Datenwertschöpfungskette ermöglicht wird. Die Datenwertschöpfungskette erstreckt sich dabei von der Datenerfassung durch den physischen Sensor bis hin zur Nutzbarmachung der gewonnenen Informationen im Rahmen eines Geschäftsmodells.

Zur Beantwortung der Frage wird ein Prototyp einer durchgängigen Datenwertschöpfungskette entwickelt. Das Projektteam vereint dazu eine weite Palette an Kompetenzen verschiedener Projektpartner. Es setzt sich aus den KMUs optiMEAS (Hard- und Software) und Christ (Motorspindeln), den Instituten PTW (Geschäftsmodelle und Werkzugmaschinen) und pmd (Sensorintegration und Impedanzmessung) der TU Darmstadt sowie dem assoziierten Partner DATRON (Werkzeugmaschinen) zusammen.

Abbildung 1: Konzept der durchgängigen Datenwertschöpfungskette mit Einordnung der Projektpartner

Projektziele

Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Prototypen einer durchgängigen Datenwertschöpfungskette von der Erfassung der Sensordaten bis zur finanziellen Nutzbarmachung. Der Prototyp besteht dabei aus einer physischen Sensorspindel, einem Auswertealgorithmus und einem geeigneten Geschäftsmodell.

Bei der zu entwickelnden Sensorspindel handelt es sich um die Motorspindel einer Werkzeugmaschine. Diese ist durch ein sensorintegrierendes Wälzlager zu erweitern, welches Betriebsdaten direkt am Wälzlager sammelt. Für das angestrebte Sensorkonzept wird hierzu Wälzlagerimpedanz gemessen. Der Auswertealgorithmus dient der Auswertung und Aufbereitung der gesammelten Sensordaten, sodass verwertbare Informationen herausgearbeitet werden. Für diese Informationen ist ein geeignetes Geschäftsmodell zu entwickeln, welches es ermöglicht, sie so zu verwenden, dass den Stakeholdern ein finanzieller Vorteil entsteht. Ein Beispiel hierfür wären Pay-per-Stress Bezahlmodelle.

Vorgehensweise

Die Entwicklung des Prototyps stützt sich auf eine Ermittlung der Anforderungen aller Stakeholder und Projektteilnehmer. Für die Entwicklung der Sensorspindel wird einerseits die Werkzeugspindel selbst überarbeitet und andererseits das Sensorkonzept entworfen. Diese sind aufeinander abzustimmen. Nach der Fertigung wird in einem nächsten Schritt eine Messelektronik für die Sensorspindel entwickelt, welche die erfassten Daten später verarbeiten und aufbereiten soll. Die Kombination aus Sensorspindel und Messelektronik wird in Prüfständen simulierten Anwendungsszenarien ausgesetzt. Die erfassten Sensordaten werden analysiert und in Auswertealgorithmen überführt, welche später auf einer realen Werkzeugmaschine validiert werden. Parallel zur Entwicklung der Sensorspindel wird ein geeignetes Geschäftsmodell entworfen. Dabei werden Aspekte aus der technischen Entwicklung berücksichtigt, um eine ganzheitliche Betrachtung sicherzustellen.