Fertigung mit mehr Effizienz

Ausgehend vom Werkzeug- und Formenbau hat sich die Werkstückdirektspannung binnen kurzer Zeit zu einem regelrechten Geheimtipp in der modernen Fertigung entwickelt. Das zugrunde liegende Prinzip ist verblüffend einfach: Werkstücke werden mit Gewindebohrungen versehen, mit standardisierten Nullpunktspannbolzen bestückt und ohne zusätzliche Spannmittel unmittelbar in Nullpunktspannmodulen gespannt. Vor allem bei der Fertigung von Einzelstücken und Kleinserien ist die Direktspannung anderen Spannlösungen zum Teil deutlich überlegen.

Span-zu-Span-Zeit drastisch verkürzt
Welche Effekte sich bei einer konsequenten Nutzung der Direktspannung erzielen lassen, belegt ein Beispiel aus dem Werkzeugbau der Automobilindustrie: Statt Werkstücke konventionell, sprich undefiniert mit Spanneisen zu spannen, werden sie zunächst an der Grundfläche auf eine Ebene plan gefräst und anschließend mit definierten Gewindebohrungen für Nullpunktspannbolzen versehen. Mit standardisierten Modulerhöhungen und Systempaletten können die Teile dann in Sekundenschnelle hochpräzise auf den Maschinentisch eingewechselt und direkt gespannt werden. Auf diese Weise sinkt die Span-zu-Span-Zeit von rund 2 h auf 15 bis 20 min.

Zugleich steigt die effektive Hauptzeit der eingesetzten Bearbeitungszentren auf 80 Prozent. Als Faustregel gilt: Je länger an einer stehenden Maschine gerüstet wird und je kürzer die eigentliche Bearbeitung ist, desto schneller rechnet sich die Investition in das innovative Spannkonzept. Auch wenn Werkstücke immer wieder kurzfristig modifiziert oder unter Zeitdruck bearbeitet werden müssen, ist die Direktspannung erste Wahl.

Trends µ-genau

Spannmembran für kleine Teile
Eine interessante Variante der Direktspannung ermöglicht die Spannmembran SPM plus 138 von Schunk, die zum Nullpunktspannmodul Vero-S NSE plus 138 angeboten wird und speziell zur Bearbeitung kleiner Teile konzipiert ist. In ihr lassen sich Werkstücke unterschiedlicher Geometrien via Niederzugeffekt allseitig spannen. Hierzu wird zunächst ein 0,5 mm hoher Abstimmring zwischen Nullpunktspannmodul und Spannmembran eingelegt und die exakte Werkstückgeometrie aus dem Spannflächenrohling der Membran ausgefräst. Dann lassen sich Werkstücke in Sekundenschnelle einsetzen und am kompletten Umfang spannen, indem das unter der Spannmembran liegende Vero-S-Modul verriegelt und die Membran gezielt verformt wird. Da sich der Spannvorgang im elastischen Bereich des Aluminiums bewegt, kann er viele tausend Mal wiederholt werden.

Entscheidend für eine prozessstabile Direktspannlösung sind präzise und leistungsdichte Nullpunktspannmodule. In diesem Zusammenhang hat sich das Nullpunktspannsystem Vero-S von Schunk bereits vielfach bewährt. Bei ihm werden die Werkstücke über einen oder mehrere Spannbolzen binnen Sekunden sicher und referenzgenau in der Maschine gespannt. Radial angeordnete Spannschieber ziehen den Spannbolzen ein und verriegeln ihn selbsthemmend und formschlüssig über ein Federpaket. Die Fixierung beziehungsweise Positionierung erfolgt über einen Kurzkegel. Dies garantiert eine Wechselwiederholgenauigkeit < 0,005 mm.

schunk 2

Bei der Direktspannung werden die Werkstücke mit Hilfe von Spannbolzen unmittelbar in Nullpunktspannmodulen gespannt.

Um Lebensdauer und Prozesssicherheit zu erhöhen, sind bei Vero-S sämtliche Funktionsteile wie Grundkörper, Spannbolzen und Spannschieber in gehärtetem Edelstahl ausgeführt und damit absolut korrosionsbeständig. Zudem sind die wartungsfreien Module komplett abgedichtet und so vor Spänen, Staub und Kühlschmiermittel geschützt.

Aufgrund des patentierten Eil- und Spannhubs verfügt Vero-S über eine Einzugskraft bis 9000 N. Mit aktivierter Turbofunktion, die bei jedem Modul bereits integriert ist, beträgt die nachgewiesene Einzugskraft bis zu 40 000 N. Davon profitiert die Steifigkeit der gesamten Spannlösung. Selbst enorme Querkräfte, die beispielsweise dann auftreten, wenn hohe Teile direkt an der Grundfläche gespannt und in der Höhe bearbeitet werden, nimmt Vero-S laut Hersteller zuverlässig auf, ohne dass das Werkstück seine Position verändert. So ist auch bei anspruchsvollen Bearbeitungen und bei hohen Zerspanungsparametern eine maximale Präzision gewährleistet.

Sicher auch bei Energieausfall
Im Gegensatz zu vielen anderen Spannsystemen verbraucht das Nullpunktspannsystem von Schunk während der Bearbeitung keine Energie. Die Werkstücke bleiben selbst dann sicher gespannt, wenn der Druck im Luftsystem plötzlich abfallen sollte. Zum Öffnen der Module genügt ein Pneumatiksystemdruck von 6 bar. Das spart teure Hydrauliksysteme und eine aufwändige Verrohrung. Weil sowohl bodenseitig als auch seitlich Luftanschlüsse vorhanden sind, lassen sich die Module flexibel in jeder Einbaulage verwenden. Passend zur jeweiligen Bearbeitung gibt es die Nullpunktspannmodule in drei Baugrößen mit Moduldurchmessern von 176, 138 und 99 mm.

Noch kleiner und kompakter ist das Miniaturmodul Vero-S NSE mini. Mit einer Bauhöhe von nur 20 mm baut es extrem flach und bietet damit ideale Voraussetzungen, um bereits vorhandene Maschinen nachzurüsten und den Maschinenraum voll auszunutzen. Wie die großen Nullpunktspannmodule von Schunk ist auch Vero-S NSE mini mit dem patentierten Eil- und Spannhub ausgerüstet.

Kompakt und kraftvoll
Bei einem Moduldurchmesser von 90 mm und einer Höhe von nur 20 mm erzielt es mit der integrierten Turbofunktion Einzugskräfte bis 1500 N – angesichts der kompakten Maße ein enormer Wert. Der Spannbolzen wird über Kurzkegel positioniert und mit drei Spannschiebern selbsthemmend und formschlüssig gespannt. Große Kontaktflächen zwischen Spannschieber und -bolzen minimieren die Flächenpressung und den Verschleiß der Module.

Da der minimale Abstand zwischen zwei Spannbolzen nur 100 mm beträgt, lassen sich mit Vero-S NSE mini besonders kleine und variable Stichmaße realisieren. Sogar kleine Werkstücke lassen sich mit ihm direkt spannen und von fünf Seiten komplett bearbeiten, ohne dass Spanneisen, Spannfutter oder Spannbacken die Bearbeitung erschweren.