Mapal HTC: Aus einem Guss

Additive Fertigung verschiebt die Grenzen in der Hydrodehntechnologie: Die Anforderungen an Spannfutter sind vielfältig. Prozesssicherheit, Flexibilität, Genauigkeit und einfaches Handling stehen dabei auf der Anforderungsliste weit oben. Bisher stellte vor allem die Lötverbindung bei Hydrodehnspannfuttern einen limitierenden Faktor beispielsweise für Temperaturbeständigkeit und Drehmomentübertragung dar. Mapal ist es nun gelungen Spannfutter „aus einem Guss“ zu fertigen und so dank der additiven Fertigung die technologischen Grenzen in der Hydrodehntechnologie noch weiter zu verschieben.

Das HTC mit schlanker Kontur ist das erste additiv gefertigte Spannfutter von Mapal: Beim neuen Hydrodehnspannfutter wird dank der additiven Fertigung gänzlich auf die Lötverbindung verzichtet. Ein klarer Fortschritt für deutlich mehr Prozesssicherheit.

Das HTC mit schlanker Kontur ist das erste additiv gefertigte Spannfutter von Mapal: Beim neuen Hydrodehnspannfutter wird dank der additiven Fertigung gänzlich auf die Lötverbindung verzichtet. Ein klarer Fortschritt für deutlich mehr Prozesssicherheit.

Die beiden Hauptkomponenten eines Hydrodehnspannfutters, Grundkörper und Dehnbuchse, werden durch Löten miteinander verbunden. Die Festigkeit der Lötstelle ist deutlich niedriger als die des Grundkörpers und der Dehnbuchse und bildet damit eine mögliche Schwachstelle. Die Lötverbindung ist dafür verantwortlich, dass Hydrodehnspannfutter überwiegend nur bis zu einer Betriebstemperatur von 50 °C empfohlen werden. Und das in Zeiten, wo in vielen metallverarbeitenden Betrieben daran gearbeitet wird, durch einen effizienteren Einsatz von Energie und Material vorhandene Einsparpotenziale in der spanenden Fertigung zu erschließen. So liegen beispielsweise Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, Volumenzerspanung und Minimalmengenschmierung bis hin zur Trockenbearbeitung im Trend. All diese Technologien können zu Betriebstemperaturen führen, die deutlich über dem Grenzwert von Hydrodehnspannfuttern liegen.

Das HTC mit schlanker Kontur ist das erste additiv gefertigte Spannfutter von Mapal.

Das HTC mit schlanker Kontur ist das erste additiv gefertigte Spannfutter von Mapal.

Lötverbindung als limitierender Faktor

Bei höheren Temperaturen steigt der Druck im Futter, da das Öl im Inneren des Hydrodehnspannfutters den über 50-fachen Ausdehnungskoeffizient im Vergleich zum Stahl des Grundkörpers hat. Dies hat zwar höhere Haltekräfte zur Folge, die zunehmende Temperatur kann aber auch zum Versagen des Futters führen. Denn durch den hohen Druck kann die Lötverbindung zerstört werden. Umgangssprachlich wird dann von einem „Platzen“ des Futters gesprochen. Jegliche Haltekraft geht dabei verloren. Das Problem der Lötverbindung und die damit verbundenen Limitierungen waren für Mapal der Ausgangspunkt, um an Verbesserungen zu arbeiten. Mit der Entwicklung des HighTorque Chucks im Jahr 2009 konnten die Werte der limitierenden Faktoren wie der Temperatur bereits deutlich ins Positive verschoben werden. Einen weiteren Fortschritt brachte jetzt die additive Fertigung, an der Mapal seit 2013 arbeitet.

Bei Mapal kommt der 3D-Druck in Form des SLM (Selective Laser Melting) zum Einsatz. SLM ist ein pulverbett-basierter Prozess. Loses Metallpulver wird mittels eines Laserstrahls Schicht für Schicht an den Stellen aufgeschmolzen, an denen Material sein soll. Das Bauteil entsteht von unten nach oben. Die Flächen, die geschmolzen werden, sind in Quadrate (Schachbrettmuster) unterteilt. Diese werden nicht aufeinanderfolgend, sondern statistisch verteilt aufgeschmolzen. Dadurch wird eine Verteilung des Wärmeeintrags erreicht. Bei Mapal kommt hauptsächlich ein spezieller Warmarbeitsstahl in Pulverform mit einer Korngröße von 10 bis 45 Mikrometern für die additive Fertigung zum Einsatz. Dieser Werkstoff bietet zahlreiche Vorteile: er ist schweiß- und lötbar, relativ verzugsarm und er ist sehr gut geeignet zum hybriden Bauen. Letzteres machte sich Mapal für das erste additiv gefertigte Spannfutter, die HTC-Technologie mit schlanker Kontur und einer Verjüngung von drei Grad, zunutze.

Während der Grundkörper konventionell gefertigt ist, ist der Funktionsbereich per SLM aufgebracht.

Während der Grundkörper konventionell gefertigt ist, ist der Funktionsbereich per SLM aufgebracht.

Klarer, technologischer Vorsprung

Auf den konventionell gefertigten Grundkörper wird bei der Herstellung der HTC-Spannfutter mit schlanker Kontur per SLM der Funktionsbereich aufgebracht. Das neue Spannfutter wird bereits in Serie gefertigt, und ist bei Kundenprojekten erfolgreich im Einsatz. Sein Alleinstellungsmerkmal ist, dass die Vorteile der Hydrodehntechnologie, wie einfaches Handling mit allen Vorteilen der Weiterentwicklungen des HTCs, wie Temperaturbeständigkeit und hohe Drehmomentübertragung, nun auch im störkonturkritischen Bereich eingesetzt werden können. Das SLM machte es möglich, den Spannbereich sehr nah an der Futterspitze zu platzieren, was in der konventionellen Fertigung nicht möglich gewesen wäre. Zudem wird beim neu gefertigten Futter dank der additiven Fertigung gänzlich auf die Lötverbindung verzichtet. Ein klarer Fortschritt für deutlich mehr Prozesssicherheit und eine weitere Verschiebung der Grenzen in der Hydrodehntechnologie.

Der 3D-Druck ermöglicht, den Spannbereich sehr nah an der Futterspitze zu platzieren.

Der 3D-Druck ermöglicht, den Spannbereich sehr nah an der Futterspitze zu platzieren.

Loses Metallpulver wird mittels eines Laserstrahls Schicht für Schicht an den Stellen aufgeschmolzen, an denen Material sein soll. So entsteht der Funktionsbereich des HTCs mit schlanker Kontur.

Loses Metallpulver wird mittels eines Laserstrahls Schicht für Schicht an den Stellen aufgeschmolzen, an denen Material sein soll. So entsteht der Funktionsbereich des HTCs mit schlanker Kontur.

Konstruktive Freiheit für gänzlich neue Möglichkeiten

Die additive Fertigung kommt bei Mapal gezielt da zum Einsatz, wo fertigungsbedingte Einschränkungen Innovationen bisher gehemmt haben. Die heute noch etwas höheren Kosten bei der additiven Fertigung im Vergleich zur konventionellen Fertigung werden sich in Zukunft relativieren. Schon heute überwiegen die Vorteile, die die additive Fertigung bietet, klar die Restriktionen. Vor allem die fertigungs- und konstruktionsbedingten Freiheiten, die Möglichkeit der hybriden Fertigung sowie das niedrige Gewicht der per SLM gefertigten Bauteile überzeugen.

Eine weitere Möglichkeit, die die additive Fertigung bietet, ist das „Eindrucken“ eines Hydrodehn-Spannbereichs, direkt in Sonderkombinationswerkzeuge. So können unterschiedliche Standzeiten aufgrund unterschiedlicher Belastungen zukünftig durch einfache Wechsel der stärker beanspruchten Komponenten kostengünstig und mit verschwindend geringem Aufwand kompensiert werden. Auch an der Realisierung dieser Möglichkeit forscht Mapal intensiv.

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