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Drehen Spannringe mit segmentierter Kontur vereinfachen das Futter-Ausdrehen

| Autor / Redakteur: Antonio Basile / Bernhard Kuttkat

Abgestufte Ringe zum Ausdrehen von Futtern sind nicht wie sonst üblich kreisrund, sondern am Außendurchmesser und in der Bohrung in drei Sektoren mit spiralförmigem Verlauf unterteilt. Dadurch können sie sowohl für Außen- als auch für Innenspannung verwendet werden. Die Ringe kann man wie herkömmliche Ausdrehringe direkt in einer Hilfsstufe der Backen einspannen.

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Ein kompletter Satz von nur 39 Ringen fürs Ausdrehen oder -schleifen deckt alle Spannfuttergrößen bis 630 mm ab. Für kleinere Futter bis 315 mm genügen 29 Ringe, für Futter bis 200 mm sogar nur 20 Ringe. Bild: Basile
Ein kompletter Satz von nur 39 Ringen fürs Ausdrehen oder -schleifen deckt alle Spannfuttergrößen bis 630 mm ab. Für kleinere Futter bis 315 mm genügen 29 Ringe, für Futter bis 200 mm sogar nur 20 Ringe. Bild: Basile
( Archiv: Vogel Business Media )

Viele Erzeugnisse, die aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken sind, enthalten hochgenaue Einzelteile. Stellvertretend sei der Deutschen liebstes „Spielzeug“, das Automobil, genannt. Eine Menge von Rotationsteilen für den Motor, für das Getriebe und für das Fahrwerk beispielsweise müssen mit höchster Präzision hergestellt werden, um die Ansprüche an Qualität, Leistung und Zuverlässigkeit zu erfüllen. Auch in ungezählten anderen Erzeugnissen kommen Drehteile vor.

Genaue Drehbearbeitung reduziert Schleifaufmaße

Ausgehend von gegossenen, geschmiedeten oder gewalzten Rohteilen wird, häufig in mehreren Operationen, die fertige Werkstückform erzeugt. Nach dem Drehen und einer eventuellen Wärmebehandlung schließt sich oft noch das Schleifen und Finishen von besonders präzisen Flächen an. Dabei wird nur noch sehr wenig Material abgetragen, und je genauer das Teil in den vorhergehenden Drehoperationen bearbeitet wurde, umso geringer sind die erforderlichen Schleifaufmaße, die Ausschussquote und die Kosten für die Fertigbearbeitung.

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Für die Herstellung von hochpräzisen Teilen braucht man Werkzeugmaschinen mit einer entsprechenden Genauigkeit. Das betrifft vor allem die Teile der Maschine, die für die Lagebestimmung des Werkstückes und für die Bewegung der Werkzeuge verantwortlich sind. Bei Drehmaschinen sind das die Hauptspindel einschließlich Lagerung und Antrieb, die Werkzeugschlitten mit Vorschubantrieben und Steuerung und last not least auch das Spannzeug.

Drei-Backen-Futter sind flexibel einsetzbar

Die meisten Drehmaschinen, die für wechselnde Aufgaben eingesetzt werden, sind mit manuell oder hydraulisch betätigten Drei-Backen-Futtern ausgerüstet. Diese eignen sich für eine Vielzahl von Werkstücken unterschiedlicher Größe und Form und lassen sich durch Versetzen und Austauschen der Spannbacken leicht auf einen neuen Einsatzfall umrüsten (Bilder 1 und 2). Dabei unterscheidet man zwei typische Aufgaben:

Die erste Aufspannung von Rohteilen, dafür werden für die erste Operation die Futter mit harten, verzahnten Stufenbacken bestückt, die zum Lieferumfang der Standardfutter gehören und die mit ihren verschiedenen Spannstufen den ganzen Durchmesserbereich des Futters abdecken. Diese Backen müssen nicht besonders genau sein, weil das Werkstück als Rohteil auch noch nicht genau ist und rundum genügend Aufmaß hat. Es muss nur fest und sicher gespannt werden, damit die freie Werkstückseite exakt bearbeitet werden kann. Diese gedrehten Konturen dienen dann zum Spannen des Teils im nächsten Fertigungsschritt.

Die zweite Aufspannung entscheidet über die Qualität. Das Werkstück wird gewendet und die eben bearbeitete Seite wird eingespannt. Nun entscheidet es sich, ob ein Qualitätsteil produziert wird oder Ausschuss. Denn es nützt nichts, wenn beide Seiten des Werkstückes für sich exakt bearbeitet sind, aber einen Schlag zueinander haben, der beim Einspannen für diese zweite Operation entstehen kann. Harte Stufenbacken sind dabei nur bedingt geeignet, weil ihre Genauigkeit im Anlieferungszustand meistens nicht ausreicht. Durch Ausschleifen der Spannflächen unter Spanndruck kann man diesen Mangel beseitigen. Aber oft stören die Abdrücke, die harte Aufsatzbacken auf dem bearbeiteten Werkstück hinterlassen.

Als bevorzugte Alternative bieten die Spannzeughersteller deshalb ungehärtete Blockbacken an, die vom Anwender selbst in eine gebrauchsfertige Form gebracht werden. Ein genauer Durchmesser entsprechend dem zu spannenden Werkstück wird unter Spanndruck eingearbeitet. Dazu verwendet man Ausdrehringe, Ausdrehscheiben oder Vorrichtungen, die vor oder hinter der späteren Spannstelle in die Backen eingespannt werden. So werden die Backen exakt in den Zustand gebracht, in dem sie das Werkstück spannen sollen, wobei aber die Spannfläche für das Ausdrehen oder Ausschleifen frei bleibt. Nur die sorgfältige Ausführung dieser Arbeit gewährleistet, dass beide Werkstückseiten schlagfrei zueinander laufen.

Ausdrehen der Backen-Futter steigert Rundlaufgenauigkeit

Warum muss man Futter überhaupt ausdrehen? Dem erfahrenen Dreher ist diese Maßnahme geläufig. Dennoch drängt sich die Frage auf, weshalb die Spannzeughersteller bei den heute verfügbaren Fertigungsmöglichkeiten nicht Futter und Backen liefern können, die von vornherein so genau sind, dass das umständliche Ausdrehen oder Ausschleifen der Backen entfallen kann. Die Antwort ist einfach: Futter bestehen aus einer Anzahl von Einzelteilen, deren unvermeidbare Fertigungstoleranzen es äußerst schwierig machen, die geforderte Spanngenauigkeit von beispielsweise 0,02 mm (entspricht 0,01 mm Mittenversatz des gespannten Werkstückes) zu gewährleisten.

Jedes Futtereinzelteil müsste mit einem Bruchteil dieser benötigten Gesamtgenauigkeit hergestellt werden, und das würde einen ungeheueren Fertigungs- und Prüfaufwand nach sich ziehen. Selbst die häufig gewechselten Aufsatzbacken müssten immer wieder mit Toleranzen von wenigen Mikrometern als Einzelteile hergestellt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass die kraftübertragenden Futterteile hohen Belastungen unterliegen, die zwangsläufig kleine, aber nicht genau zu definierende Verformungen bewirken. Diese extrem schwierige Aufgabe löst man deshalb viel einfacher, zuverlässiger und billiger durch das Ausdrehen oder Ausschleifen der Backen direkt auf der Produktionsmaschine.

Ausschleifen des Futters für Präzisionsspannung

Viel wichtiger und von den führenden Spannzeugherstellern durchweg gut gelöst ist die Wiederholgenauigkeit der Futter. Diese zeigt sich beim mehrmaligen Einspannen eines Werkstückes oder eines Lehrendornes. Nimmt das Prüfteil dabei immer wieder die gleiche Lage ein, dann hat das Futter eine gute Wiederholgenauigkeit. Dabei ist es gleichgültig, ob das Teil genau zentrisch oder auch mit einem kleinen Mittenversatz eingespannt wird.

Das Zeichen für eine gute Wiederholgenauigkeit ist allein der Umstand, dass die gegebenenfalls auch leicht exzentrische Spannposition des Werkstückes immer wieder erreicht wird. Einen solchen absoluten Fehler kann man durch das Ausdrehen oder Ausschleifen der Backen einwandfrei beseitigen und hat damit das Futter bestens für eine Präzisionsspannung vorbereitet.

Erfahrene Dreher legen sich für das Backenausdrehen ein Arsenal von Ausdrehhilfen an. Verschiedene Ringe und Scheiben werden für die jeweils anstehende Aufgabe zusammengesucht, zurechtgemacht und aufbewahrt in der Hoffnung, in dem Sammelsurium bei späteren Fällen wieder etwas Passendes zu finden. Einige Spannzeuglieferanten bieten professionelle Unterstützung an. Vielteilige Sätze von Ausdrehringen in Durchmesserabstufungen von typischerweise 2 oder 5 mm werden übersichtlich und griffbereit am Arbeitsplatz aufbewahrt. Erforderliche Zwischengrößen können durch Abdrehen einzelner Ringe hergestellt werden. Gegenüber dem sonst üblichen Sammelsurium von Ausdrehhilfen bedeutet das einen großen Fortschritt.

Dabei zeigt sich aber auch ein Nachteil der Ausdrehring-Sätze. Obwohl ein Satz, der beispielsweise Durchmesser bis 120 mm überdeckt, schon aus etwa 50 Ringen bestehen kann, deckt er im Originalzustand nicht alle Spannsituationen ab. Für das Nachdrehen eines verschlissenen Backensatzes um beispielsweise 0,2 mm ist die Abstufung von Ring zu Ring immer noch viel zu grob. Immer wieder muss ein bestimmter Ring „geopfert“ werden, indem er passend abgedreht wird, und dann steht er nicht mehr mit seinem Originaldurchmesser zur Verfügung. Diesen Nachteil vermeiden Ausdrehvorrichtungen mit stufenlos einstellbaren Stützbacken (Bild 3).

Sie sind im Prinzip ähnlich wie Handspannfutter aufgebaut, aber mit einem extrem großen Durchlass für die Ausdrehwerkzeuge. Das Problem des Nachdrehens von beschädigten Backensätzen lässt sich damit gut lösen. Aber auch sie haben Nachteile wegen ihres hohen Gewichtes und ihrer großen Abmessungen. Besonders deutlich zeigt sich das beim Ausdrehen von kleinen Spanndurchmessern. Auch ihre Handhabung kann bei Kraftspannfuttern zu Problemen führen, wenn die Stützbolzen während des nicht anzuhaltenden Spannvorganges in die Schraubenkopfsenkungen der Aufsatzbacken eingeführt werden sollen.

Abgestufte Ausdrehringe für alle Futtergrößen

Die patentierten Roto-Ri-Ausdrehringe vermeiden die Nachteile und vereinigen zugleich die Vorteile der Ausdrehhilfen. Es handelt sich um abgestufte Ausdrehringe, die abhängig von der Futtergröße in verschiedenen Sätzen angeboten werden. Ein kompletter Satz von nur 39 Ringen deckt alle Spannfuttergrößen bis 630 mm ab. Für kleinere Futter bis 315 mm genügt die Beschaffung der ersten 29 Ringe, für Futter bis 200 mm sogar nur der ersten 20 Ringe. Die Abstufung der Ringe ist so gewählt, dass ohne jede Nacharbeit keine Lücken im spannbaren Durchmesserbereich entstehen.

Ringe mit Spiralkontur spannen innen und außen

Erreicht wird das durch die neuartige Gestaltung der Ringkonturen. Der besondere Pfiff dieses Systems: Roto-Ri-Ringe sind nicht einfach kreisrund wie herkömmliche Ausdrehringe, sondern in drei Sektoren mit spiralförmigem Verlauf unterteilt (Bild 4). Die Spiralkontur ist am Außendurchmesser und in der Bohrung ausgebildet, so dass jeder Ring für Außen- und auch für Innenspannung verwendet werden kann. Die Ringe kann man wie herkömmliche Ausdrehringe direkt in einer Hilfsstufe der Backen einspannen. Die gewünschte Stellung der Futterbacken innerhalb ihres nutzbaren Hubes wird dabei stufenlos durch Verdrehen des Roto-Ri-Rings in Umfangsrichtung eingestellt.

Zur leichteren Handhabung wird empfohlen, die mitgelieferten Spannbolzen zu nutzen, die in die Schraubenkopfsenkungen der Aufsatzbacken eingesetzt werden (Bild 5). Dazu werden die Senkungen einmalig auf ein Passmaß H7 aufgerieben. Je nach Größe der Senkungen stehen sieben Sätze von unterschiedlich großen Spannbolzen zur Auswahl. Damit sie nicht unvorhergesehen aus den Schraubensenkungen fallen, zum Beispiel bei Pick-up-Maschinen, sorgt ein O-Ring für die nötige Eigenklemmung. Alle Spannbolzen haben auf der Bedienerseite einen Ansatz, der zum Spannen der Roto-Ri-Ringe dient. Bei Backen ohne nutzbare Schraubensenkungen erfüllen auch übliche Zylinderstifte, an einer beliebigen Stelle eingebracht, den gleichen Zweck.

Bei der Auswahl der richtigen Ringgröße hilft eine Zuordnungstabelle. Aus dieser ermittelt man anhand des Tangentialmaßes über zwei Spannbolzen (Bild 6) den passenden Ring für eine Außen- oder Innenspannung. Alle Teile des Roto-Ri-Systems werden übersichtlich in einer stabilen, praktischen und formschönen Halterung (Bild 7) am Arbeitsplatz aufbewahrt als Voraussetzung für Ordnung und rationelles Arbeiten.

Lager von Kurbelwellen effizient schleifen

Neue Bindungen der Saint-Gobain Abrasives GmbH in Wessling verbessern die Eigenschaften von CBN-Schleifscheiben für das Schleifen der Haupt- und Hublager von Kurbelwellen deutlich. Sie zeichnen sich laut Unternehmen durch extrem gute Benetzungseigenschaften des Hartstoffs, hervorragende Ausbildung von Bindungsbrücken sowie sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus. Dadurch ist es möglich, bei gleicher Bindungsfestigkeit deutlich dünnere Bindungsbrücken und offenere Strukturen herzustellen, was wiederum den Kühlschmierstofftransport in die und die Späneabfuhr aus der Kontaktzone verbessert, wird erläutert. Besonders sticht dabei die neu entwickelte Bindung „27“ hervor.

Bisher eingesetzt beim Schleifen von Triebwerksteilen, zeichnet sie sich durch die genannten Eigenschaften aus. Die Anforderungen, die bei der Bearbeitung von Kurbelwellen an das Schleifwerkzeug gestellt werden, sind sehr vielfältig. Jede Zone – Zapfen und Flansche, Haupt- und Hublager – verlangt andere Eigenschaften von der Schleifscheibe. So muss zur Bearbeitung von Umfangsflächen eine deutlich verschleißfestere Bindung eingesetzt werden als zum Schleifen der Stirnflächen.

Antonio Basile ist Geschäftsführer der Basile Spanntechnik GmbH in 74226 Nordheim, Tel. (0 71 35) 52 08, basilegmbh@t-online.de

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