Schunk VERO-S: Direktspannung als Effizienzbringer

Ausgehend vom Werkzeug- und Formenbau hat sich die Werkzeugdirektspannung 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.

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

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

DI (FH) Christian Binder
Niederlassungsleiter der SCHUNK Intec GmbH

„Unser neues österreichisches Vertriebs-Headquarter in Allhaming fungieren auch als Kompetenzcenter. Dort kann man in Zukunft alle unsere Produkte live erleben und optimal auf die eigenen Bedürfnisse abstimmen.“

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.

Störkonturfrei spannen – sekundenschnell wechseln: Im Werkzeugbau lassen sich mithilfe der Direktspannung enorme Effizienzeffekte erzielen.

Störkonturfrei spannen – sekundenschnell wechseln: Im Werkzeugbau lassen sich mithilfe der Direktspannung enorme Effizienzeffekte erzielen.

Kraftvoll, präzise und korrosionsbeständig

Entscheidend für eine prozessstabile Direktspannlösung sind präzise und möglichst 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. 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. 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. Passend zur jeweiligen Bearbeitung gibt es die Nullpunktspannmodule in drei Baugrößen mit Moduldurchmessern von 176, 138 und 99 mm.

Auch bei hohen Querkräften gewährleistet VERO-S mit Einzugkräften von bis zu 40.000 N eine maximale Steifigkeit und Präzision.

Auch bei hohen Querkräften gewährleistet VERO-S mit Einzugkräften von bis zu 40.000 N eine maximale Steifigkeit und Präzision.

Umfassendes Programm für die Direktspannung

Mit einer Bauhöhe von nur 20 mm baut das Miniaturmodul VERO-S NSE mini äußerst flach und bietet damit ideale Voraussetzungen, um bereits vorhandene Maschinen nachzurüsten und den Maschinenraum trotzdem voll auszunutzen. Trotz der platzsparenden Baugröße erzielt es mit der integrierten Turbofunktion Einzugskräfte bis 1.500 N. 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 sehr schnell 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. VERO-S NSL turn ist für Drehzahlen bis 2.000 min-1 geeignet.

Speziell für kleine Werkstücke: Die Spannmembran SPM spannt die Werkstücke allseitig über einen Kraftschluss. Zusätzliche Spannmittel sind nicht erforderlich.

Speziell für kleine Werkstücke: Die Spannmembran SPM spannt die Werkstücke allseitig über einen Kraftschluss. Zusätzliche Spannmittel sind nicht erforderlich.

Auch an Spanntürmen kann das Prinzip der Direktspannung genutzt werden.

Auch an Spanntürmen kann das Prinzip der Direktspannung genutzt werden.

Spannmembran für kleine Teile

Eine interessante Variante der Direktspannung ermöglicht die Spannmembran SPM plus 138, die 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 Sekundenschnelle 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. Der entstehende Kraftschluss gewährleistet eine gleichermaßen schonende wie steife und sichere Spannung.

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.

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