Direkt fixiert

Bei der Werkstückdirektspannung verzichten Anwender auf herkömmliche Spannmittel wie Spannpratzen oder Mehrbackenfutter. Stattdessen werden Formplatten, Freiformteile und andere Werkstücke zunächst an der Grundfläche auf eine Ebene plan gefräst, mit definierten Gewindebohrungen versehen und anschließend mit Nullpunktspannbolzen bestückt. So vorbereitet können die Teile innerhalb weniger Sekunden auf Nullpunktspannmodule in der Maschine eingewechselt und auf Anhieb präzise gespannt werden.

„Im Gegensatz zu herkömmlichen Spannlösungen gibt es bei der Direktspannung keine Störkontur durch Backen oder Spanneisen“, erläutert Markus Kleiner, Geschäftsführer am Schunk-

Kompetenzzentrum für Drehtechnik und Stationäre Spannsysteme in Mengen. „So ist eine 5-Seiten­-Bearbeitung mit optimaler Zugänglichkeit möglich. Hinzu kommt, dass unproduktive Nebenzeiten wie aufwändiges Rüsten, Umspannen, Ausrichten oder die Bestimmung des Nullpunkts konsequent aus den Maschinen verbannt werden.“

Anwendungen aus der Automobilindustrie zeigen, dass die Span-zu-Span-Zeit bei Presswerkzeugen für Außenhautteile von rund 2 h auf 15 bis 20 min gesenkt werden kann. Zugleich steigt die effektive

Die erhöhte Position der Werkstücke ermöglicht bei der Bearbeitung von Heißkanalverteilern einen freien Zugang der Maschinenspindel.

Hauptzeit der Bearbeitungszentren auf 80 Prozent. Je länger an einer stehenden Maschine gerüstet wird und je kürzer die eigentliche Bearbeitung ist, desto schneller rechnet sich die Investition. „Ähnliche Effekte lassen sich auch erzielen, wenn Werkstücke immer wieder kurzfristig modifiziert oder unter Zeitdruck bearbeitet werden müssen“, ergänzt Kleiner. „Aufgrund der vorhandenen Gewindebohrungen können die Teile in kürzester Zeit sehr präzise auf die Maschine eingewechselt werden.“

Bedienfehler möglichst ausschließen

Der Werkstückwechsel ist bei einer solchen Direktspannung in Sekundenschnelle erledigt.

Dabei ist die Erhöhung der Effizienz jedoch nur einer von mehreren Treibern: „Wenn der Fachkräftemangel weiter zunimmt, braucht es Mittel und Wege, um Rüstprozesse so zu standardisieren, dass Bedienfehler möglichst ausgeschlossen sind“, betont der Experte. „Die Werkstückdirektspannung schafft ideale Voraussetzungen, denn das erforderliche Know-how steckt bereits in der Konstruktion.“ Der Werker an der Maschine wird deutlich entlastet, denn viele mögliche Fehlerquellen werden eliminiert. Bevor auch nur ein Span fällt, kann der gesamte Fräsprozess im Vorfeld exakt simuliert werden.

Trends µ-genau

Baukasten für die Werkstückdirektspannung

Der Schunk-Systembaukasten für die Werkstückdirektspannung besteht aus Vero-S-WDB-Basisplatten für den Maschinentisch, Vero-S-WDN-Spannmodulen, frei kombinierbaren Vero-S WDS-Stapelmodulen sowie hydraulisch gespannten Vero-S-WDA-Ausgleichselementen. Die Klemmverbindungen zwischen den Modulen sind mit einer Einzugskraft von bis zu 25 000 N besonders kräftig und damit für hohe Zerspanungsparameter ausgelegt. Sämtliche Schnittstellen verfügen über eine spielfreie Kegelzentrierung, die zwischen den Bauteilen eine Wechselwiederholgenauigkeit < 0,005 mm gewährleistet.

Das Spannprinzip ist bereits ab Losgröße 1 wirtschaftlich. Schon heute wird die Direktspannung im Werkzeug- und Formenbau erfolgreich zur Fertigung von Einzelteilen eingesetzt. Sogar große Werkstücke im Automobilbau lassen sich oft in nur zwei Aufspannungen komplett bearbeiten. Davon profitieren zum einen die Produktivität und zum anderen die Genauigkeit. „Was viele nicht vermuten: Auch in der Großserie lassen sich mit der Direktspannung Rationalisierungseffekte erzielen“, verrät Kleiner. „Denn die mit Spannbolzen bestückten Werkstücke können unterschiedliche Operationen durchlaufen, beispielsweise Werkzeugmaschinen, Waschanlagen, Messstationen und die Beschriftung.“ Darüber hinaus eignet sich das Spannprinzip auch zur automatisierten Werkzeugmaschinenbeladung. Die Werkstückdirektspannung ist immer dann sinnvoll, wenn Spannbolzen direkt in ein Werkstück eingeschraubt werden können.

Direktspannung an einem Spannturm: Dieser Siegelrahmen lässt sich schnell wechseln und auf fünf Seiten bearbeiten.
Bilder: Schunk

In den vergangenen Jahren haben viele Anwender gemeinsam mit Schunk nach Effizienzpotenzialen im Werkzeug- und Formenbau gesucht. Dazu zählen viele große Automobilhersteller, Werkzeugbauer und Heißkanalspezialisten. Meist wurden dabei Schunk-Vero-S-Standardmodule modifiziert oder mit individuell entwickelten Komponenten ergänzt. In dem modular aufgebauten Schunk-Vero-S-Systembaukasten für die Werkstückdirektspannung, der erstmals auf der EMO in Mailand vorgestellt wird, wurde nun das Erfahrungswissen aus der großen Zahl unterschiedlicher Projekte systematisch analysiert, gebündelt und schließlich in einem durchgängigen Modulprogramm standardisiert.

Standardmodule in feinen Abstufungen

Die modularen Schunk-Vero-S-Spannsäulen ermöglichen eine optimale Zugänglichkeit und eine definierte Spannsituation. Aufgrund der feinen Abstufung der Stapelmodule sind unterschiedlichste Spannhöhen realisierbar.

Das Programm besteht aus standardisierten Basisplatten, Spann- und Stapelmodulen. Ab einer Höhe von 80 mm sind mit den Standardmodulen durchgängig feinste Abstufungen von 10 mm möglich, ohne dass aufwändige Sonderlösungen gebraucht werden. „Mehr noch“, ergänzt Kleiner: „Es können im Handumdrehen jederzeit Module hinzugefügt oder entfernt werden.“ Sämtliche Schnittstellen verfügen über eine spielfreie Kegelzentrierung, die zwischen den einzelnen Bauteilen eine Wechselwiederholgenauigkeit < 0,005 mm gewährleistet. Bleiben trotz dieser feinen Abstufung noch Höhendifferenzen, lassen sich diese über ein stufenlos einstellbares hydraulisch gespanntes Ausgleichselement überbrücken. Wie bei allen Schunk-Vero-S-Modulen erfolgt die Spannung energieneutral über Federkraft. Sie ist selbsthemmend und formschlüssig. Selbst wenn es zu einem Ausfall des Druckluftsystems kommen sollte, bleiben die Module sicher gespannt.

Werkzeugspannung entsteht in der Konstruktion

Eine Werkstückdirektspannung entsteht zu allererst in der Konstruktion. „Die Erfahrung zeigt, dass der Effekt desto größer ausfällt, je enger der Schulterschluss zwischen Konstruktion und Fertigung ist“, erklärt Kleiner. „Im Idealfall werden zunächst systematisch die Gemeinsamkeiten der einzelnen Werkstücke herausgearbeitet. Darauf aufbauend lassen sich Cluster in Form von Werkstückfamilien bilden, deren Prozesse vereinheitlicht und standardisiert werden können. In der Regel lassen sich 60 bis 80 Prozent aller Teile in Standardprozesse überführen.“ Ebenso

„So ein Konzept lässt
sich nicht von heute auf morgen realisieren. Es braucht den Willen zum Fortschritt, und es muss von allen Beteiligten vom Konstruktionsleiter bis zum Maschinenbediener getragen werden.“
Markus Kleiner,
Geschäftsführer Heinz-
Dieter Schunk GmbH & Co. Spanntechnik KG

wichtig ist es, dass jede Nullpunktspannlösung individuell an die jeweilige Anforderung und die Maschine angepasst wird. So lassen sich effiziente Lösungen für die übrigen Werkstücke finden.

Allerdings: „So ein Konzept lässt sich nicht von heute auf morgen realisieren“, warnt Kleiner. „Es braucht den Willen zum Fortschritt, und es muss von allen Beteiligten, sprich vom Konstruktionsleiter bis zum Maschinenbediener getragen werden.“ Die Effekte können enorm sein. Im Lauf eines solchen Prozesses werden in der Regel viele Nebentätigkeiten eliminiert, Aufgaben gebündelt und Konventionen bei Prozessen und Werkzeugen entwickelt. Damit steigt die Effizienz, die Fehlerquote sinkt, und der Aufwand für Nacharbeiten kann deutlich reduziert werden. Da die Werkstücke hauptzeitparallel außerhalb der Maschine gerüstet werden, lassen sich Bearbeitungszentren wesentlich effizienter nutzen. Je nach Teilespektrum ist eine Erhöhung der effektiven Hauptzeit um bis zu 80 Prozent möglich. Zudem sinkt die Programmierzeit, da alle Spannsituationen standardisiert und damit vollständig plan- und simulierbar sind.

Kontakt: Heinz-Dieter Schunk GmbH & Co. Spanntechnik KG, www.schunk.com