Werkzeugüberwachung: Der unterschätzte Hebel

Die Anforderungen an produzierende Unternehmen steigen – doch in jeder Herausforderung liegt auch eine Chance. Steigende Energiepreise, Fachkräftemangel und der Druck zu immer kürzeren Lieferzeiten fordern neue Wege. Und genau hier kann ein Hebel Großes bewirken: die Werkzeugüberwachung. Richtig eingesetzt, ist sie mehr als nur ein technisches Hilfsmittel – sie wird zum Schlüssel für mehr Effizienz, spürbare Entlastung im Arbeitsalltag und nachhaltig sinkende Kosten. Nicht nur in einzelnen Momenten, sondern entlang des gesamten Produktionsprozesses. Ein smarter Schritt, der nicht nur Maschinen, sondern auch Menschen unterstützt.

Eine professionelle, smarte Werkzeugüberwachung ist heute mehr als ein einfaches Bruchmeldesystem. Sie erkennt kleinste Veränderungen im Prozess frühzeitig, analysiert Kraft- und Schallverläufe, integriert sich in digitale Maschinensteuerungen und reagiert flexibel auf unterschiedliche Bearbeitungssituationen. Das Ergebnis: geringere Stillstände, weniger Ausschuss, längere Werkzeugstandzeiten und eine signifikante Steigerung der Maschinenauslastung – alles direkte Faktoren zur Reduktion der Produktionskosten.

Maschinenlaufzeiten ausreizen – ohne zusätzliches Personal

Ein häufig übersehener Kostenfaktor liegt in den ungenutzten Laufzeiten von Maschinen. Pausen, Nachtschichten, Wochenenden – Maschinen stehen oft länger still, als es notwendig wäre. Nicht, weil sie technisch nicht arbeiten könnten, sondern weil niemand vor Ort ist, um bei einem möglichen Werkzeugbruch sofort einzugreifen. Eine Werkzeugüberwachung schafft hier Abhilfe.

Durch präzise Sensorik – etwa zur Messung von Kraft, Körperschall und/oder Wirkleistung – erkennt sie frühzeitig, wenn ein Werkzeug oder Werkstück aus seinem Toleranzbereich läuft. Die Überwachung erfolgt über Hüllkurven, die den normalen Verlauf der Bearbeitung einhüllen, den oberen und unteren Toleranzbereich markieren und bei Abweichungen sofort Alarm schlagen und die Maschine stoppen.

Besonders wichtig: „Die Systeme können sich automatisch an veränderte Bedingungen anpassen, zum Beispiel bei Verschleiß der Werkzeuge, falls das Hauptaugenmerk auf der Erkennung von Schneidenbruch liegt oder Mehrpsindelbohrköpfe mittels Wirkleistung auf Bruch einzelner Bohrer überwacht werden. Ansonsten soll natürlich übermäßiger Werkzeugverschleiß automatisch erkannt und damit Brüche verhindert werden. 

Das System erlaubt die parallele Anwendung beider Überwachungsstrategien. Auf diese Weise entsteht Vertrauen: einerseits darin, dass die Maschine auch dann weiterlaufen darf, wenn kein Mitarbeiter direkt danebensteht. Andererseits darin, dass sich Prozesse in Pausen, Nachtschichten oder am Wochenende automatisiert überwachen lassen – ohne Risiko.“, erklärt Alexander Nordmann, Werkzeugüberwachungsexperte der Nordmann GmbH & Co. KG aus Köln.

Ein konkretes Rechenbeispiel eines Kundenfalls verdeutlicht das enorme Potenzial schon einer halben Geisterschicht: Bei einem Ertrag von 80 EUR/h ergab sich aus durchschnittlich vier zusätzlichen Stunden pro Tag ein täglicher Mehrwert von 320 EUR. Hochgerechnet auf 250 Arbeitstage im Jahr entsprach das einer Einsparung – oder besser gesagt: einer Ertragssteigerung von beeindruckenden 80.000 EUR.

Darüber hinaus eröffnet eine kontinuierliche Werkzeugüberwachung die Möglichkeit, Schnittparameter gezielt zu optimieren und bis zu 22% höhere Schnittwerte – im Schnitt meist ca. 10% – mit vertretbarem Risiko zu fahren. Durch die permanente Prozesskontrolle lässt sich das Potenzial moderner Werkzeuge und Maschinen besser ausschöpfen: Bearbeitungszeiten pro Werkstück sinken, der Ausstoß pro Stunde steigt – und das bei gleichbleibender Prozesssicherheit und Werkstückqualität, ganz ohne zusätzliches Personal, allein durch intelligente Werkzeugüberwachung und die optimale Nutzung vorhandener Kapazitäten.

Präventiv Ausschuss und Maschinenschäden vermeiden

Die zweite große Kostenquelle in der Fertigung sind Schäden und Ausschüsse – verursacht durch Werkzeugversagen, unentdecktem Verschleiß oder fehlerhafte Bearbeitung. Oft treten diese Probleme nicht plötzlich auf, sondern kündigen sich durch subtile Veränderungen an: Erhöhter Kraftaufwand, abweichende Körperschallmuster oder untypische Lastverläufe.

Genau hier setzt eine smarte, multisensorielle Werkzeugüberwachung an: Sie kombiniert Kraftmessung (z. B. über Dehnungsaufnehmer an der Maschine), Körperschallsensorik (z. B. über ein in die Kühlschmierstoffdüse integriertes Schallemissionshydrophon) und analoge oder digitale Leistungsdaten zu einem ganzheitlichen Prozessbild. Anstelle statischer Grenzwerte wachsen „gleitende“ Hüllkurven – also der Toleranzbereich – im Einsatz mit, wenn etwa ein Werkzeug stumpfer wird und der Kraftaufwand steigt. 

So wird der normale Verschleißprozess berücksichtigt – ohne dass es zu Fehlalarmen kommt – während kritische plötzliche Abweichungen infolge Schneidenbruch dennoch sicher erfasst werden.

Wird auf diese Weise beispielsweise ein Werkzeugbruch erkannt, zeigt sich auch hier welchen wirtschaftlichen Unterschied moderne Überwachungssysteme leisten können: Verursacht zum Beispiel ein einziger nicht sofort erkannter Bohrerbruch Folgekosten in Höhe von rund 1.500 EUR, summiert sich das bei nur einem Vorfall pro Woche bereits auf 75.000 EUR pro Jahr – und das pro Maschine. Eine Zahl, die deutlich macht: Jeder verhinderte Schaden ist bares Geld wert. „Viele Unternehmen merken aber erst bei einem Schaden, wie teuer fehlende Transparenz wirklich ist. Dabei lässt sich ein Großteil dieser Ereignisse heute sicher verhindern.“, ergänzt Nordmann.

Werkzeugkosten gezielt durch standzeitgerechtes Wechseln senken

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Handeln aus Unwissenheit: Werkzeuge werden oft vorsorglich gewechselt – nicht, weil sie tatsächlich verschlissen sind, sondern weil es an verlässlichen Informationen fehlt. Diese Unsicherheit führt zu ungenutztem Potenzial und vermeidbaren Kosten, besonders bei teuren Spezialwerkzeugen. 

Der Einsatz moderner Überwachungssysteme schafft hier Abhilfe: Durch kontinuierliches Monitoring relevanter Prozessparameter lässt sich präzise erkennen, wann ein Werkzeug erste Verschleißerscheinungen zeigt – und wann ein Austausch wirklich notwendig ist. Die gute Nachricht: Der Weg zu dieser Transparenz ist oft einfacher als gedacht.

Viele Systeme kommen ganz ohne zusätzliche Sensorik aus. Allein durch die intelligente Auswertung bestehender Maschinendaten wie Wirkleistung oder Vorschubkraft innerhalb eines Werkzeugüberwachungssystems lassen sich fundierte Aussagen zum Werkzeugzustand treffen – weit verlässlicher als jede pauschale Erfahrungsregel.

Liegt dieses Wissen vor, lassen sich die Werkzeugstandzeiten gezielt verlängern – und gleichzeitig die Kosten spürbar senken. Betragen die jährlichen Werkzeugkosten beispielsweise 90.000 EUR ohne Einsatz einer Werkzeugüberwachung, kann allein eine Standzeiterhöhung von 20 % bereits eine Einsparung von 18.000 EUR pro Jahr bedeuten.

Große Wirkung bei geringer Investition

Eine moderne Werkzeugüberwachung ist längst kein „Nice-to-have“ mehr, sondern ein wirtschaftlicher Gamechanger. Denn die Zahlen sprechen für sich: Bereits durch das Fahren einer halben Geisterschicht kann sich ein jährliches Einsparpotenzial von 80.000 EUR pro Maschine ergeben. Weil in einem Kundenfall zusätzlich ein Werkzeugbruch pro Woche verhindert wurde, wodurch auch die Werkzeuge in den Folgestationen der Rundtaktmaschine unbeschädigt blieben, kamen weitere 75.000 EUR hinzu.

Und durch die Standzeiterhöhung, infolge eines Werkzeugwechsels erst bei tatsächlicher Abstumpfung, wurden noch einmal 18.000 EUR in einem Jahr eingespart. In Summe ergab das eine beeindruckende Einsparung von 197.000 EUR in einem Jahr – und das in etwa ähnlicher Höhe in jedem Jahr.

Dem gegenüber steht die jährliche Miete in das Werkzeugüberwachungssystem von gerade einmal 3.500 EUR. Ein Bruchteil der Einsparung – mit enormer Hebelwirkung für Produktivität, Qualität und Prozesssicherheit. „In vielen Betrieben liegen Einsparpotenziale im sechsstelligen Bereich quasi brach – die Werkzeugüberwachung macht sie sichtbar“, fasst Alexander Nordmann abschließend zusammen.

Quelle: Nordmann, bearbeitet von Anja Ringel