Spannsysteme

Optimale Spannmittel reduzieren die Rüst- und Nebenzeiten

10.07.2007 | Autor / Redakteur: Bernhard Kuttkat / Bernhard Kuttkat

Mit einem Nullpunktspannsystem lassen sich Werkstücke und Vorrichtungen schnell und präzise fixieren; aufgrund der einheitlichen Schnittstelle können Werkstücke rasch zur nächsten Bearbeitung gewechselt werden. Bild: Schunk
Mit einem Nullpunktspannsystem lassen sich Werkstücke und Vorrichtungen schnell und präzise fixieren; aufgrund der einheitlichen Schnittstelle können Werkstücke rasch zur nächsten Bearbeitung gewechselt werden. Bild: Schunk

Jede Prozesskette ist nur so stark wie ihr schwächstes Glied. Was nützt die modernste, leistungsfähigste Maschine mit veralteten Spannmitteln? Optimale, einfach zu handhabende Spannmittel und -systeme minimieren die Rüst- und Nebenzeiten.

Welche Anforderungen sollten Spannmittel heutzutage erfüllen? Gerhard Rall, Geschäftsführer der Hainbuch GmbH in Marbach, fällt die Antwort leicht: „Betrachtet man die klassische Serienproduktion, so stehen Anforderungen wie Genauigkeit, Haltkräfte und Steifigkeit von Spannmitteln im Vordergrund. Zunehmend gewinnen jedoch neue Bearbeitungsstrategie an Bedeutung.“

Als Beispiel nennt er die Trockenbearbeitung, die völlig neue Anforderungen an ein Spannmittel stellt. „Der Schutz vor Verschmutzungen ist dabei ein wichtiges Thema, denn nur bei einem sehr gut abgedichteten Spannmittel lassen sich Wartungs- und Rüstintervalle minimieren.“ Genau hier setze Hainbuchs neuestes Spannkonzept Toplus an, wie Rall erklärt: „Auch bei großen Werkstücktoleranzen wird immer eine vollflächige Auflage erreicht und Verschmutzungen haben keine Chance, zwischen die Flächen eindringen zu können.“

Nullpunktspannsysteme minimieren Rüstzeiten

In der Einzel- und Kleinserienfertigung ist eine maximale Flexibilität der Spannmittel in zweierlei Hinsicht gefordert, weiß Markus Berger, Leiter Vertrieb und Marketing Spannsysteme und Werkzeughalter der Schunk GmbH & Co. KG in Lauffen: „Die Spannmittel sollten zum einen für unterschiedlichste Spannaufgaben geeignet sein, zum anderen ein möglichst großes Werkstückspektrum abdecken.

Außerdem sollten sie innerhalb kürzester Zeit umgerüstet werden können. So können ineffiziente und teure Maschinenstillstandszeiten vermieden und die Produktionskosten wirkungsvoll gesenkt werden.“ Speziell bei mittelgroßen und großen Serien spielt zusätzlich das automatisierte Spannen eine bedeutende Rolle, das heißt es kommen im Regelfall pneumatisch oder hydraulisch betätigte Spannvorrichtungen zum Einsatz.

Intelligente Nullpunktspannsysteme sind Bergers Auffassung nach dabei die Spannsysteme der Zukunft. „Mit unserem Nullpunktspannsystem Unilock lassen sich Werkstücke und Vorrichtungen schnell und präzise fixieren“, erläutert Berger. Zum wahren Rüstzeitenkiller werde das System aufgrund seiner einheitlichen Schnittstelle.

Mit einer einzigen Spannbolzengröße ist sichergestellt, dass das Werkstück quasi im fliegenden Wechsel von Maschine zu Maschine, von Modul zu Modul, von Bearbeitung zu Bearbeitung wandern könne – ein enormer Vorteil bei Kleinserien und großer Variantenvielfalt. In Westeuropa hat die Nullpunktspannung einen sehr hohen Stellenwert. Rüstkosten und damit hohe Kosten für Personal können mit einem geeigneten Nullpunktspannsystem verringert werden. In den so genannten Billiglohnländern ist dieses Denken noch nicht so verbreitet.

Durch immer kleinere Losgrößen und eine zunehmende Variantenvielfalt muss die Fertigung flexibler aufgestellt sein. Dabei steht die Erhöhung der Maschinenlaufzeiten ganz klar im Vordergrund. „Mit intelligenten Nullpunktspannsystemen, wie dem Unilock, sind Rüstkostenreduzierungen von bis zu 90% möglich“, bringt Berger den geldwerten Vorteil solcher Systeme auf den Punkt. Zudem sorge Unilock aufgrund der sehr hohen Wiederholgenauigkeit für sehr präzises Arbeiten.

Centex-Palettensystem auch bei kleinen Losen wirtschaftlich

In der Einzel- und Kleinserienfertigung scheitert das Nullpunktspannsystem schnell an den Kosten und an den vor Ort vorhandenen Möglichkeiten, so Ralls Erfahrung. „So ist bei modernen Nullpunktspannsystemen beispielsweise ein Hydraulikaggregat notwendig, gefragt sind aber vor allem einfache, von Hand zu betätigende Palettensysteme, die auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich eingesetzt werden können, wie unser Centex-Palettensystem.“ Leicht zu handhabende Paletten aus Mineralguss mit einfach zu bedienenden Schnellverschlussschrauben ermöglichen das Wechseln von kompletten Spannsituationen in nur wenigen Minuten.

„Das Interesse an Nullpunkt-Spannsystemen ist groß, weil damit die Maschinenstillstandszeiten erheblich reduziert werden können“, sagt Werner Schreiner, Mitarbeiter im Heinrich Kipp Werk in Sulz, und relativiert zugleich: „Dadurch, dass an den Maschinen die entsprechenden Voraussetzungen fehlen oder diese teuer nachgerüstet werden müssen, scheitert häufig die Investition in diese Spanntechnik.“ Das Kipp-Nullpunktspannsystem Ball Lock sei dazu eine marktorientierte Lösung.

Er erläutert: „Die Betätigung der Spannzylinder erfolgt mechanisch und benötigt keinerlei Verbindungselemente zu Steuergeräten. Durch die einfache Bedienung ist ein genaues Positionieren und Befestigen von Aufspannplatten und Grundelementen in kurzer Zeit möglich. Der Kunde kann durch eine große Auswahl von Positionierzylindern das Nullpunktspannsystem seinen Bedürfnissen anpassen.“

Viele Faktoren beeinflussen die Auswahl des Spannmittels

Der Kunde wählt sehr gezielt aus. Bei der Wahl des Spannmittels berücksichtigt er viele Faktoren: Die Spannaufgabe, die Teilevielfalt, die Teilegröße und die Fertigungsstruktur. Muss das Spannmittel automatisch oder von Hand betätigt werden? Zudem die Leistungsparameter, wie etwa erforderliche Spannkraft und Hub. „Ebenso wichtig sind die Einsatzflexibilität und die Möglichkeiten der schnellen Umrüstung bei Einzel- und Kleinserien“, so Berger.

In der Großserienfertigung spiele eine lange Lebensdauer und geringe Wartung eine Rolle. Die Faktoren zeigen, dass die Entscheidung über ein Spannmittel sehr komplex ist. „Sobald sich Kunden die Zeit nehmen, sich intensiver mit dem Thema auseinanderzusetzen, erkennen sie häufig die zahlreichen Möglichkeiten, die intelligente Systeme bieten“, so Bergers Erfahrung. Bei genauer Betrachtung amortisieren sich die höheren Anschaffungskosten häufig relativ schnell. Entscheidend ist, dass sich Kunden kompetent beraten lassen, denn für die Wahl des richtigen Spannmittels gibt es keine Standardlösung.

In der heutigen Zeit sind Wissen und Informationen die entscheidenden Produktionsfaktoren. So auch in der Werkstückspanntechnik: Weil die Vielfalt der Werkstücke nahezu grenzenlos ist, geraten Standardspannmittel ebenso an ihre Grenzen wie werkstückspezifische Lösungen. Das Gewusst-wie des Vorrichtungsbauers und Maschinenbedieners bestimmt demzufolge in erheblichem Maße die Stückkosten, bei der Fertigung kleiner Losgrößen ebenso wie bei der Serienfertigung.

„Der Einsatz unserer modular aufgebauten Spannsysteme und Komponenten bietet eine Vielzahl von Lösungen zur Reduzierung unproduktiver Maschinenzeiten“, verspricht Schreiner. Modularität sei der Schlüssel zur Rationalisierung der Spann- und Rüstvorgänge. Weil nahezu alle Spannlösungen entwickelt und optimiert werden müssen, ist besonders das Know-how des Spannmittelherstellers entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg. Er weist darauf hin, dass sich mit CAD-Bibliotheken sowie Multimedia-Systemen von Kipp die Projektierungsphase wesentlich verkürzen lässt.

Spannmittelhersteller lassen sich einiges einfallen, um die Effizienz der Werkstückspannung weiter voranzutreiben. „Durch den Einsatz neuer Werkstoffe ist es möglich“, so Rall, „auch komplett neue Spanngeometrien nutzen zu können.“ Erst die Verbindung von Stahl und Mineralguss habe es ermöglicht, die sonst aufwändige sechseckige Form des Pyramidenstumpfes µm-genau in den Futterkörper des Spannmittels Toplus zu bekommen. Der Anwender profitiere nicht nur von der besseren Schwingungsdämpfung und Gewichtsminderung, sondern auch von verbesserter Futterabdichtung, höherer Haltekraft und Drehzahl des Spannmittels.

Aus Standardmodulen werden Sonder-Spannmittel

Schunk setzt bei der Entwicklung von Spannmitteln auf eine starke Standardisierung der einzelnen Komponenten. „Unser Ziel ist ein Baukastensystem, aus dem sich der Kunde seine individuelle Lösung zusammenstellen kann“, betont Berger. So können aus einer Kombination von Standardmodulen auch Sonderlösungen realisiert werden.

Ein entscheidender Vorteil für den Kunden sei die schnelle Lieferzeit, die hohe Verfügbarkeit, das gute Preis-Leistungs-Verhältnis und die hohe Zuverlässigkeit, weil jedes Modul vor Markteinführung intensiv auf Herz und Nieren getestet werde. „Zudem sehen wir derzeit einen Trend zur Miniaturisierung. Werkstücke und Bauteile werden immer kleiner. Dies erfordert auch neue Lösungen im Bereich der Spannmittel.“ Außerdem steigen bei den Anwendern die Anforderungen an die Präzision.

Zur Steigerung der Produktivität beim Laserschweißen hat der Spannmittelspezialist AMF Andreas Maier GmbH & Co. KG, Fellbach, ein modular aufgebautes Spannsystem entwickelt, das Blechteile beim Laserschweißen präzise hält. „Unser neues Spannsystem, das wir gemeinsam mit der Thumm Technologie GmbH entwickelt haben, vereinfacht den Vorrichtungsbau für Blechteile“, verspricht AMF-Produktmanager Wilfried Braun. Das Spannsystem besteht aus einem umfangreichen Sortiment an Systemelementen, die die Vorteile von T-Nutprofilsystemen und der in der Schweißtechnik etablierten Lochrastersysteme wie D16 verbindet. „Der Einstieg in dieses Spannsystem erfolgt in der Regel über ein Basispaket“, so Braun, „mit dem bereits einfache Vorrichtungen gebaut werden können.“ Ergänzen lasse sich das Spannsystem beispielsweise durch vorgefertigte und skalierbare Module für Längs- und Eckschweißnähte.

„Schluss mit aufwändigem Rüsten und lästigem Neuausrichten von Werkstücken“, meint Patrick Diehl, Vertriebsprofi der CNC-Technik in Nieder-Olm, und offeriert das neue Positionierelement M-Fix, das mit einstellbaren Anschlagstiften Werkstücke einfach und schnell in der gewünschten Lage zur T-Nut des Maschinentisches fixiert. „Die einstellbaren Anschlagstifte ermöglichen eine sehr variable Gestaltung des Anschlagwinkels; mit einem Basis-Set von vier Positionierelementen ist es sehr schnell möglich, das Werkstück in 0°-, 45°-, 90°- oder 180°-Position auszurichten; die Genauigkeit der Position liegt innerhalb von0,015 mm“, erklärt Diehl. Das Spannen der Werkstücke erfolgt mit handelsüblichen Spannpratzen.

Mehrfachspanneinrichtungen reduzieren Nebenzeiten

Rationalisierungspotenzial erschließen lässt sich auch mit konsequentem Einsatz von Mehrfachspanneinrichtungen, wie Kipp-Mitarbeiter Schreiner weiß: „Aus diesem Grund haben wir unsere Keilspanner in Größe und Variantenvielfalt erweitert.“ Die Keilspanner können in Verbindung mit unserem Mehrfachspannsystem oder Sondervorrichtungen eingebaut werden. „Der große Vorteil dabei sind die kompakte Bauweise und die enorme Spannkraft, die den Kundennutzen erheblich steigern“, ist Schreiner überzeugt.

Mit dem Ziel, die Mehrseiten-Bearbeitung auf horizontalen Bearbeitungszentren noch effizienter zu gestalten, entwickelte die Hilma Römheld GmbH, Hilchenbach, das neue Turmspannsystem TS 100 mit Drei-mal-120°-Anordnung der Spannstellen. Der Vorteil dieser Anordnung ist, laut Hersteller, dass alle Werkstücke von drei Seiten kollisionsfrei zugänglich sind. Zudem können zur Bearbeitung kurze Standardwerkzeuge verwendet werden. Das Turmspannsystem kann mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Spannbacken bestückt werden und nimmt bis zu zwölf Werkstücke mit gleichen oder unterschiedlichen Abmessungen auf. Eine integrierte 3.-Hand-Funktion ermöglicht das Be- und Entladen aller Spannstellen in Folge.

Flexible Produktivität auf Bearbeitungszentren

Flexible Produktivität auf Bearbeitungszentren verspricht die Röhm GmbH, Sontheim, Anwendern von Duo- und Quattro-Aufspanntürmen mit NC-Kompakt-Doppelspannern RKD. Flexibel und schnell umrüstbar sind die Doppelspanner, laut Hersteller als Allround-Spannmittel bestens geeignet, sowohl für die Klein- als auch für größere Serien. Der mechanische Kraftverstärker erzeugt hohe Spannkräfte bei sehr großer Genauigkeit. Die RKD-Doppelspanner bieten mehrere Aufspannmöglichkeiten: Doppelspanner liegend auf dem Maschinentisch spannt zwei Werkstücke, Doppelspannturm (Duo) stehend auf dem Maschinentisch nimmt vier Werkstücke auf, 4-fach-Aufspannturm (Quatro) stehend auf Horizontal-Bearbeitungszentren spannt acht Werkstücke.

Die richtige Auwahl eines Spannmittels ist also nicht nur von Qualität, Lieferzeit und Preis abhängig. „Kunden hinterfragen, welchen Nutzen ein Spannmittel oder Spannsystem beim täglichen Einsatz in der Fertigung bringt“, weiß Rall. Nur Spannmittel ohne aufwändige Mechanik können auch im Serienbetrieb zuverlässig und störungsfrei ihre Arbeit verrichten.

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