Der Greifer entscheidet

Spannmittel sind ein maßgebliches Element einer wirtschaftlichen automatisierten Fertigung. Bei der Auswahl für ihren optimalen Einsatz sind jedoch mehrere Kriterien zu beachten.

08. Dezember 2011

Eine wesentliche Rolle bei der automatisierten Fertigung vor allem in großen Stückzahlen spielen die Spannmittel als unmittelbare Schnittstelle zum Werkstück: Sie müssen die Teile innerhalb von Sekunden aufnehmen, sie sicher und präzise ausrichten, stabil spannen, ohne sie dabei zu deformieren, und nach der Bearbeitung wieder zuverlässig freigeben.

Angesichts mehrerer Millionen Zyklen, die häufig in Gegenwart von Spänen und Kühlschmiermittel zu bewältigen sind, gilt als entscheidendes Erfolgskriterium für Spannmittel die Prozessstabilität. Wer wirtschaftlich fertigen will, ist daher gut beraten, bei der Auswahl der Spanner einige Punkte zu beachten.

Das wesentliche Kriterium dafür ist die Spannkraft. So erzielen moderne Kraftspannblöcke abhängig vom Antriebsmedium Spannkräfte von über 50.000 Newton. Je nach Bauteil und Bearbeitung genügen jedoch selbst so hohe Kräfte mitunter noch nicht. In diesen Fällen sollten besonders solide gebaute Spannblöcke zum Einsatz kommen, die auch überhöhte Hydraulik- oder Pneumatikdrücke ertragen und so zum Teil noch höhere Spannkräfte erzielen können.

Entscheidend für die erzielbare Präzision am Werkstück ist die Steifigkeit des Kraftspannblocks. Hier sind Spanner mit einteiligen Grundkörpern aufgrund ihrer hohen Steifigkeit klar im Vorteil. Werden sie mit Präzisionskinematiken und langen, geschliffenen Backenführungen kombiniert, lassen sich Wiederholgenauigkeiten bis zu 0,01 Millimeter erzielen. Im Idealfall gewährleisten darüber hinaus spezielle Passschrauben, dass Spanner wiederholgenau gewechselt werden können.

Maßgeblich für ein Spannen der Teile über Störkonturen hinweg oder am kompletten Umfang ist ein großer Backenhub, jedoch sollte bei der Auswahl des Spannblocks beachtet werden, dass ein großer Backenhub zulasten der Spannkraft geht.

Das äußere Design des Spannmittels beeinflusst die Auswahl vor allem beim Einsatz in kompakten Anlagen. Im Idealfall sollten die Außenkonturen der Spannblöcke so optimiert sein, dass in der Maschine viel Platz für den eigentlichen Prozess bleibt. Wichtig ist auch jedoch auch hier, dass der Raumgewinn nicht zulasten der Spannkraft geht. Eine wichtige Rolle spielt das Design zudem auch für die Prozesssicherheit, schließlich können in möglichst schmalen Spalten umso weniger Späne oder Staub in den Spanner eindringen, so dass die Fehleranfälligkeit der gesamten Anlage sinkt.

Bei Anwendungen, bei denen die Spannblöcke mit jedem Zyklus bewegt werden, wie beispielsweise in Rundtaktmaschinen, spielt auch deren Gewicht eine wesentliche Rolle. Auch hier sollte jedoch eine eventuelle Gewichtseinsparung sich nicht negativ auf die Spannkraft auswirken.

Besonders flexibel einsetzbar sind Spannblöcke, die sowohl innen als auch außen spannen können, allerdings gewährleisten nicht alle Spannblöcke bei beiden Spannungen identische Spannkräfte, was die Flexibilität häufig deutlich einschränkt. Noch weiter steigern lässt sich die Flexibilität, wenn sich Spanner in beliebigen Lagen einbauen lassen.

Wichtig für den dauerhaften Erhalt der Spannkraft der Kraftspannblöcke ist eine möglichst einfache Wartung, weil die Führungsflächen regelmäßig geschmiert werden müssen. Gerade wenn mehrere Spannblöcke eng nebeneinander gepackt sind, kann eine solche Wartung unnötig viel Zeit kosten. Moderne Lösungen verfügen daher über mehrere Schmiernippel, die alternativ genutzt werden können, sodass die regelmäßige Wartung selbst in engen Spannlösungen innerhalb weniger Minuten erledigt ist.

Viele Vorteile bietet zudem die Wahl eines Herstellers mit einem modular aufgebauten Produktprogramm, in denen die unterschiedlichsten Varianten standardisiert sind. Das gilt speziell auch für Antriebsvarianten. Im Idealfall können Anwender je nach ihren Anforderungen pneumatisch, hydraulisch, per Feder oder manuell betätigte Spanner auswählen.

Einer der Vorreiter bei Spannsystemen für die automatisierte Großserienfertigung ist der Spanntechnik- und Greifsystemespezialist Schunk aus Lauffen am Neckar. So bieten die Kraftspannblöcke der Tandem-Baureihe Spannkräfte bis zu 55 Kilonewton und eine Wiederholgenauigkeit bis zu 0,01 Millimeter. Damit eignen sie sich selbst für anspruchsvollste Fräsbearbeitungen mit hohem Zeitspanvolumen, hohen Zyklenzahlen und minimalen Toleranzen.

Die beiden integrierten Backenschnittstellen erlauben den Einsatz von Aufsatzbacken mit Kreuzversatz ebenso wie mit Spitzverzahnung. Sie lassen sich pneumatisch, hydraulisch, per Feder oder manuell betätigen und sind wahlweise erhältlich mit Standardhub, mit Langhub oder als Konsolspanner mit fester Backe in den Baugrößen 64 bis 250 Millimeter.

Speziell für den automatisierten Palettenwechsel eignet sich das kompakte Nullpunktspannmodul Verso-S NSA plus, das die referenzgenaue Zentrierung der Palette gewährleistet. Die extrem niedrige Bauweise lässt im Maschinenraum viel Platz für das Werkstück und die Achsbewegungen. Beim Palettenwechsel reinigt ein zwangsgeleiteter Luftstrom die Kurzkegel von Spänen und Schmutz und stellt eine spanfreie Plananlage der Werkstücke sicher.

Mit aktivierter Turbofunktion beträgt die Einzugskraft bis zu 30 Kilonewton, die Haltekraft liegt über 100 Kilonewton. Verriegelt wird das Modul über zwei Spannschieber, die für eine formschlüssige, selbsthemmende Fixierung des Zentrierrings sorgen. Dabei liegt die Wiederholgenauigkeit bei unter 0,005 Millimeter.

Mit Hilfe einer Luftanlagekontrolle lässt sich abfragen, ob die Palette präzise gespannt ist. Zur Entnahme hebt ein Aushubbolzen die Palette an und erleichtert so den automatisierten Wechsel durch einen Roboter. Die schlanke Roboterkupplung Vero-S NSR gewährleistet dabei einen sicheren Halt für eine zuverlässige Handhabung.

Erschienen in Ausgabe: Industrie Handbuch/2011