Direktspannung als Effizienzbringer

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

Die wartungsfreien VERO-S Module sind bereits serienmäßig voll ausgestattet

Für die Direktspannung auf Fräs-Drehzentren hat SCHUNK die Spannstation VERO-S NSL turn entwickelt.

VERO-S NSE mini ermöglicht Stichmaße von 100 mm.

Die Spannmembran SPM spannt die Werkstücke allseitig über einen Kraftschluss.

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. Mithilfe standardisierter 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 zwei Stunden auf 15 bis 20 Minuten. 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 aus anderen Gründen unter Zeitdruck bearbeitet werden müssen, ist die Direktspannung erste Wahl.

Entscheidend für eine prozessstabile Direktspannlösung sind präzise und möglichst leistungsdichte Nullpunktspannmodule. In diesem Zusammenhang hat sich das Nullpunktspannsystem VERO-S von SCHUNK bereits 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. 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 9.000 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 zuverlässig auf, ohne dass das Werkstück seine Position verändert. So ist auch bei anspruchsvollen Bearbeitungen und bei hohen Zerspanungsparametern eine maximale Präzision gewährleistet. Das Nullpunktspannsystem von SCHUNK verbraucht 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. Bei einem Moduldurchmesser von 90 mm und einer Höhe von nur 20 mm erzielt es mit der integrierten Turbofunktion Einzugskräfte bis 1.500 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.

Damit die Maschinenspindel ohne Sonderwerkzeuge kollisionsfrei alle fünf Seiten der direkt gespannten Werkstücke erreicht, hat SCHUNK für sämtliche VERO-S Module standardisierte Modulerhöhungen entwickelt. Diese sind beidseitig mit VERO-S Modulen ausgerüstet und können mithilfe von Nullpunktspannbolzen in Sekundenschnelle vertikal oder horizontal auf Rasterplatten platziert werden.

Auch bei der kombinierten Fräs-Drehbearbeitung können Anwender das Prinzip der Direktspannung nutzen. Speziell hierfür bietet SCHUNK die Spannstation VERO-S NSL turn an. Sie erreicht in Summe Einzugskräfte bis 125 kN und Haltekräfte bis 375 kN. Damit gewährleistet sie auf Multitasking-Maschinen eine extrem steife und zuverlässige Spannung von Werkstücken. Ein Zentrierkegel sorgt für eine Rundlaufgenauigkeit < 0,01 mm. Um beim Spannvorgang Bedienfehler zu verhindern, wird der jeweilige Spannzustand optisch angezeigt. Eine intelligente Verschlauchung lässt auf der Basisplatte genügend Platz für Bohrungen, so dass die Spannstation auf allen gängigen Maschinentypen eingesetzt werden kann. VERO-S NSL turn ist für Drehzahlen bis 2.000 min-1 geeignet und damit speziell an die Anforderungen der modernen Fräs-Drehbearbeitung angepasst.

Eine interessante Variante der Direktspannung ermöglicht die Spannmembran SPM plus 138 von SCHUNK, die als Ergänzung zum Nullpunktspannmodul VERO-S NSE plus 138 angeboten wird und speziell für die Bearbeitung kleiner Teile konzipiert ist. In ihr lassen sich Werkstücke unterschiedlicher Spanngeometrien mithilfe eines Niederzugeffekts 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. Einmal vorbereitet lassen sich Werkstücke in schnell einsetzen und am kompletten Umfang spannen, indem das unter der Spannmembran liegende VERO-S Modul verriegelt und die Spannmembran gezielt verformt wird. Da sich der Vorgang im elastischen Bereich des Aluminiums bewegt, kann der Spannvorgang viele tausend Mal wiederholt werden. Im Gegensatz zu konventionellen Spannblöcken wirkt die Spannkraft bei der Membranspannung nicht nur entlang einer Achse, sondern umfänglich an der gesamten Werkstückkontur. Der entstehende Kraftschluss gewährleistet eine gleichermaßen schonende wie steife und sichere Spannung. Aktiviert wird die Membran über einen SPC Nullpunktspannbolzen, der sie mit dem pneumatisch betätigten Nullpunktspannmodul verbindet. Aufgrund einer Spanntiefe von wenigen Millimetern ist eine nahezu uneingeschränkte Zugänglichkeit des Werkstücks auf fünf Seiten gewährleistet. Die Spannmembran lässt sich mit einer Wiederholgenauigkeit < 0,01 mm auf dem Nullpunktspannmodul platzieren. Sie kommt komplett ohne zusätzliche Spannmittel aus und kann bei Bedarf mehrfach abgefräst und mit anderen Werkstückgeometrien versehen werden. Sie eignet sich für die leichte Bearbeitung unterschiedlichster Werkstoffe und Werkstückkonturen in der zweiten Aufspannung. Der maximale Werkstückdurchmesser beträgt 120 mm.