RFID bringt Transparenz in die CNC-Werkzeuglogistik

In einer Fertigung, in der jeder Mikrometer zählt und Werkzeuge komplexe, hochpräzise Baugruppen sind, entscheidet Transparenz in der Werkzeugverwaltung über Produktivität und Effizienz. Dies zeigt sich exemplarisch bei CERATIZIT, einem der führenden Unternehmen im Bereich der Schneid- und Fräswerkzeuge für CNC-Maschinen und Bearbeitungszentren. CERATIZIT fertigt Werkzeuge für hochpräzise Bearbeitungsprozesse, darunter Feinbohrwerkzeuge mit Auflösungen im Mikrometerbereich, modulare Bohrwerkzeugbaugruppen mit bis zu zehn Einzelkomponenten sowie elektronische U-Achsen für komplexe Profilbearbeitungen und anspruchsvolle Konturen. Seinen guten Ruf verdankt das Unternehmen seiner langjährigen Erfahrung in der Entwicklung anspruchsvoller Zerspanungswerkzeuge, seiner kontinuierlichen Innovationskraft und nicht zuletzt seinem hohen Qualitätsanspruch.

Über 700 Drei-Komponenten-Werkzeuge, mehrere tausend individuelle Exemplare

Zur Fertigung seiner Schneidwerkzeuge setzt CERATIZIT selbst CNC- und Zerspanungswerkzeuge in den eigenen Werkzeugmaschinen ein. Die wachsende Anzahl und technische Komplexität dieser Werkzeuge stellte die Produktionsplanung zunehmend vor Herausforderungen. In der internen Produktion von CERATIZIT stieg die Zahl der eingesetzten Werkzeugvarianten auf über 700.

Ein typisches Werkzeug besteht aus drei Hauptkomponenten: der Hohlkegelaufnahme zum Einspannen in die Maschine, der Schrumpfaufnahme zur Verbindung der Werkzeugspitze sowie der Spitze selbst, meist ein präzise geschliffenes Schneidwerkzeug. Durch Erwärmen wird das Schneidwerkzeug in die Schrumpfaufnahme eingepasst. Hinter den rund 700 Varianten verbergen sich deutlich mehr reale Werkzeugexemplare: Insgesamt verwaltet jedes Werk zwischen 6.000 und 8.000 Werkzeuge mit mehr als 20.000 Einzelkomponenten, die je nach Anwendung zu individuellen Komplettwerkzeugen kombiniert werden. Viele dieser Werkzeuge sind konstruktiv identisch, unterscheiden sich jedoch in ihren Geometriedaten, insbesondere in der Länge. Ursache hierfür sind Schrumpfprozesse sowie das thermische Einspannen der Schneidwerkzeuge. Diese Unterschiede sind technisch unvermeidbar, für die Fertigung jedoch hochrelevant, da CNC-Maschinen exakt auf diese Daten angewiesen sind. Eine eindeutige Identifikation jedes einzelnen Werkzeugs ist daher Voraussetzung für hohe Prozesssicherheit und reproduzierbare Qualität. Ziel war es daher, die Werkzeugverwaltung transparenter zu gestalten und durchgängig zu digitalisieren, um Bestände und Standzeiten zuverlässig zu erfassen.

Ausgangslage: Komplexe Fertigung, steigende Anforderungen

In der Praxis ergibt sich daraus eine erhebliche Komplexität: Tausende Komponenten wie Werkzeugaufnahmen, Schneidwerkzeuge, Kegeladapter oder Kühlmittelüberträger müssen verwaltet werden. Gleichzeitig existieren zahlreiche vorkonfigurierte Komplettwerkzeuge, die sich trotz gleicher Bauart durch individuelle Längen infolge von Schrumpf- und Verschleißprozessen unterscheiden. Entsprechend hoch sind die Anforderungen beim Einstellen und Einmessen. Jedes Werkzeug benötigt eine eindeutige Identität, damit Maschinen prozesssicher betrieben werden können. Die bestehenden Verfahren stießen dabei zunehmend an ihre Grenzen. Gravuren waren kaum maschinenlesbar, geklebte Datenträger lösten sich unter Produktionsbedingungen, und optische Codes reagierten empfindlich auf Verschmutzungen. Auch die Übertragung von Geometriedaten an die Maschinensteuerungen blieb fehleranfällig.

Gesucht: Wirtschaftliche Werkzeugidentifikation mit RFID und hohen Lesereichweiten

Vor diesem Hintergrund strukturierte CERATIZIT den gesamten Werkzeugfluss neu – von der Montage über das Voreinstellen und die Einlagerung im Apothekenlager bis hin zur Nutzung in den Maschinen. Ziel war eine durchgängige Digitalisierung mit eindeutiger Identifikation jedes Werkzeugs, automatischer Übertragung der Geometriedaten und vollständiger Transparenz über alle Exemplare. Grundlage dafür ist eine zuverlässige RFID-Identifikation, die Bestände und Prozesse exemplar- und komponentengenau abbildet. Das RFID-System wurde zunächst in einem Werk implementiert und dient als skalierbare Lösung für weitere Anwendungen innerhalb der CERATIZIT-Gruppe.

Ein Team um Jochen Hirschmüller, zuständig  für Fertigungstechnologie, setzte das Projekt um. Gesucht wurde ein RFID-System mit Datenträgern, die sich in die standardisierte Topfmulde der Werkzeugaufnahme integrieren lassen und gleichzeitig eine möglichst große Lesereichweite bieten. Zugleich sollte eine eindeutige Identifikationsnummer an das Werkzeugmanagementsystem WinTool übertragen werden.

Hohe Lesereichweite des TURCK-RFID-Systems als entscheidender Faktor

Die in der Praxis üblichen Lesereichweiten von drei bis vier Millimetern hätten aufwendige mechanische Konstruktionen zur exakten Positionierung der Werkzeuge erfordert. Daher suchte Hirschmüller gezielt ein System mit größerer Lesereichweite. Hinzu kam, dass viele etablierte Lösungen wirtschaftlich nicht den Anforderungen entsprachen, da die Kosten pro RFID-Tag deutlich über den Zielvorgaben lagen.

Nach dem Vergleich verschiedener Ansätze – vom Einsatz eigener Transponder bis hin zu Lösungen unterschiedlicher Anbieter – entschied sich CERATIZIT für das RFID-System von TURCK. Ausschlaggebend war neben der Integration in WinTool insbesondere die hohe Lesereichweite von 15 bis 20 Millimetern, die auch in metallischer Umgebung stabil erreicht wird. Der größere Abstand vereinfacht das Handling erheblich: Leseköpfe müssen weniger exakt positioniert werden, Werkzeuge benötigen keine zusätzlichen Spann- oder Ausrichtmechanismen, und die Lesestationen lassen sich einfacher sowie wartungsarm realisieren. „Das Plus an Lesereichweite hat das Projekt erst möglich gemacht“, erklärt Hirschmüller. „Wir konnten die Lesestationen so gestalten, wie sie optimal in unseren Shopfloor passen.“

Damit das RFID-System nahtlos mit dem Werkzeugmanagementsystem WinTool zusammenarbeitet, wurde die Schnittstelle der TBEN-S-RFID-Interfaces von TURCK erweitert. Das Application-Support-Team stellte dazu eine passende Windows-DLL bereit, die die Verbindung zwischen dem RFID-Interface und dem Windows-PC herstellt. Über diese Schnittstelle lassen sich Werkzeugexemplare eindeutig identifizieren, Messdaten aus dem Voreinstellgerät übernehmen, Geometriedaten automatisch an die Maschinensteuerung übertragen sowie Lagerbewegungen digital erfassen. Die konkrete Umsetzung der Schnittstelle sowie das Shopfloor-Handling wurden in Zusammenarbeit mit einem auf WinTool spezialisierten Softwareentwickler realisiert.

Durchgängiger digitaler Werkzeuglebenslauf in der Produktion

In der Praxis beginnt der digitale Werkzeuglebenslauf bereits bei der Montage. Aus einzelnen Komponenten wie Aufnahme, Schrumpfadapter und Schneidwerkzeug entstehen individuelle Komplettwerkzeuge, wobei einzelne Bauteile vor oder nach der Nutzung in einem Werkzeug per Barcode identifiziert werden. Nach der Montage wird jedes Werkzeug als eindeutiges Exemplar in automatisierten Lagersystemen eingelagert. Sobald die Komponenten zu einem Werkzeug zusammengeführt sind, erfolgt die eindeutige Erfassung per RFID. Dazu setzt ein Mitarbeiter das fertige Werkzeug in eine Kunststoffhalterung ein, in die ein Schreiblesekopf vom Typ Q14 von TURCK integriert ist. Die passenden Halterungen hat CERATIZIT im 3D-Druckverfahren selbst gefertigt.

Vor der Einlagerung stellt die RFID-Identifikation sicher, dass jedes Werkzeug korrekt verbucht, lokalisiert und mit seinen individuellen Geometriedaten verknüpft ist. Für die Fertigung werden die Werkzeuge auftragsbezogen aus dem Lager entnommen und in den jeweiligen CNC-Maschinen eingesetzt. Vor dem Einsetzen in das Magazin des Bearbeitungszentrums erfolgt eine erneute Identifikation über eine Halterung an der Maschine, wodurch das Werkzeug eindeutig einem Magazinplatz zugeordnet wird. Die weitere Identifikation erfolgt anschließend innerhalb der Maschinenlogik ohne RFID. Die Übergabe der exakten Längendaten sowie die Rückmeldungen zu Nutzung, Rücklagerung und Standzeit erfolgen vollständig integriert über WinTool.

Fazit: Durchgängige Digitalisierung dank RFID, Software-Integration und Application Support

Mit dem RFID-System von TURCK realisiert CERATIZIT eine durchgängig digitale und exemplargenaue Werkzeugverwaltung. Die hohe Lesereichweite der TURCK-HF-RFID-Technologie gewährleistet eine robuste Identifikation auch unter metallischen Randbedingungen und eröffnet zusätzliche Freiheitsgrade bei der Gestaltung des Shopfloors. Entscheidend ist das Zusammenspiel aus RFID-Technologie, Softwareintegration und Application Support. Die von TURCK bereitgestellte Windows-Schnittstelle koppelt das RFID-Interface direkt an WinTool und sorgt für einen sicheren, automatisierten Datendurchfluss. In enger Zusammenarbeit mit CERATIZIT und dem Integrationspartner entstand so eine praxisgerechte, skalierbare und wirtschaftliche Lösung. Das Ergebnis: maximale Transparenz, höhere Prozesssicherheit und eine skalierbare Architektur für weitere Standorte.

Kunde | www.ceratizit.com