Fester Halt für große Teile

Spannmittel ? Die spanende Bearbeitung von Drehteilen erfordert einen sicheren Halt der Werkstücke. Zwei neue Reihen von Kraftspannspindeln eignen sich speziell für große Maschinen. Das mechanische Wirkprinzip vermeidet dabei die Nachteile hydraulischer Systeme.

14. November 2007

Drehmaschinen sind ein zentraler Bestandteil der mechanischen Fertigung von Teilen der unterschiedlichsten Baugrößen. Unerlässlich für eine perfekte Bearbeitung der Drehteile ist jedoch deren sicherer Halt mithilfe geeigneter Spannmittel wie beispielsweise ein Spannfutter mit drei oder vier Backen. Speziell bei größeren Werkstücken geraten diese jedoch an ihre Grenzen. Besser geeignet für Werkstücke ab einem Durchmesser von etwa 500 Millimeter sind beispielsweise Planscheiben, Klauenkästen oder Spannspindeln. Die Planscheibe eignet sich zum Spannen von Werkstücken beliebiger Form. Standard-Planscheiben besitzen dazu vier, sechs oder acht Klauen, die sich einzeln in ihren jeweiligen Führungsbahnen verstellen lassen. Zudem gibt es Sonderkonstruktionen, die auftragsbezogen hergestellt und entsprechend dem Anwendungsfall individuell ausgelegt werden. Bei Karusselldrehmaschinen mit einer um eine senkrechte Achse drehenden Planscheibe als Werkstückträger findet man Planscheibendurchmesser bis 18 Meter und Drehdurchmesser bis etwa 25 Meter.

Extrakraft für schwere Teile

Die Klauenführungsbahn ist ein Formschlusssystem, bei dem eine im Planscheibenkörper gelagerte Verstellspindel die geteilten oder einteiligen Spannklauen bewegt. Bei besonders schweren Werkstücken wie etwa Kurbelwellen für Schiffsmotoren werden als Verstellspindeln Kraftspannspindeln eingesetzt, deren Spannkraftverstärkung den Maschinenbediener beim Ausrichten oder Spannen der Werkstücke entscheidend unterstützt. Die Planscheibe wird auf dem Spindelflansch nach DIN oder nach Vorgaben des Drehmaschinenherstellers befestigt. Die Durchgangsbohrung kann zur Aufnahme einer Drehspitze dienen, um auch größere Werkstücke zwischen den Spitzen drehen zu können.

Ab einem Planscheibendurchmesser von etwa drei Metern ist die Herstellung der zum Spannen notwendigen Einzelteile sehr aufwendig bzw. zum Teil nicht mehr möglich. Für solche Fälle erhält die Planscheibe deshalb parallel laufende T-Nuten, auf denen Klauenkästen verschoben und befestigt werden können. Der Klauenkasten kommt vorzugsweise auf Vertikaldrehmaschinen zum Spannen sehr großer Drehteile zum Einsatz, zudem bei horizontalen oder vertikalen Drehmaschinen, auf denen große, asymmetrische Werkstücke, bearbeitet werden, die eine individuelle Anpassung des Spannmittels an die Werkstückgeometrie er- fordern, wie etwa Gehäuse für große Elektromotoren.

Feingängige Spindeln

Zum groben Einstellen der Werkstückabmessungen wird der Klauenkasten von Hand in zwei parallel laufenden T-Nut- Führungen verschoben und befestigt. Gesichert wird der Klauenkasten durch eine Querriegel- Verbindung oder zusätzliche Arretierbolzen. Gespannt wird mit feingängigen Spindeln, die die Klauen in den Kästen verschieben. Sonderausführungen mit gehärteten Führungsleisten ermöglichen eine leichte Bewegung der Spannklauen auch bei schweren Werkstücken. Um große Spannkräfte auch mit geringem Anzugsmoment erreichen zu können, sind daneben Klauenkästen mit Kraftspannspindeln erhältlich. Der Antriebstechnikspezialist Jakob aus Kleinwallstadt hat zwei Reihen von Kraftspannspindeln vorgestellt, die speziell für die Werkstückspannung auf Großmaschinen entwickelt wurden. Die einfach oder doppelt wirkenden Kraftspannspindeln der Baureihen MSP bzw. MSPD werden in Planscheiben mit Durchmesser von einem Meter bis zu mehr als fünf Meter eingesetzt. Sechs Baugrößen erlauben Spannkräfte von 100 bis 500 Kilonewton.

Patentierte Kraftverstärkung

Die Kraftspannspindeln nutzen zur Kraftvervielfältigung ein patentiertes Keilspannsystem, das große Spannkräfte und Spannhübe mit einer kompakten und robusten Bauweise verbindet. Dazu kommen eine erheblich größere Übertragungsfläche sowie die Optimierung der Reibfaktoren. Die einfach wirkenden mechanischen Spannspindeln der Reihe MSP spannen von außen und ermöglichen damit den Einsatz an Wellen oder Walzen; die doppelt wirkenden Spannspindeln der Reihe MSPD eignen sich zusätzlich für die Spannrichtung innen, etwa für Rohre oder Buchsen. Eine interne Umschaltautomatik sowie die Gestaltung der robusten Keilmechanik aus plasmanitriertem und speziell beschichtetem Vergütungsstahl gewährleisten eine sichere Selbsthemmung in jeder Spannstellung ohne eine zusätzliche mechanische Sicherung oder Konterung der Gewindespindel. Das Aufspannen sehr großer Werkstücke ist dennoch immer sehr zeitintensiv und mit viel Handarbeit verbunden. Dazu werden die Spannbacken über den großen Bediensechskant zugestellt, grob ausgerichtet und vorgespannt. Für das eigentliche Kraftspannen und das Feinausrichten wird der Kraftverstärkungsmechanismus durch Verdrehen des Innensechskants der Antriebsspindel aktiviert, die das Gewinde spindelgehäuse samt Spannklaue gegen das Werkstück drückt. Die Spannkraft wächst dabei linear mit dem Anzugsmoment und sollte deshalb mit einem Drehmomenten- Schlüssel kontrolliert werden. Durch die entgegengesetzte Belastungsrichtung von außen nach innen beim Vorspannen ändert sich der Kraftfluss im Keilspannsystem automatisch. Somit wird die Spannkraft wechselweise in den rechten bzw. linken Lagerzapfen eingeleitet und in der Planscheibe abgestützt. Eine bzw. mehrere Druckfedern kompensieren den Umschaltweg und dienen gleichzeitig zur Rückstellung beim Lösevorgang. Bei der Auslegung der Kraftspannspindel zu beachten sind unter anderem die Anzahl der Spannspindeln pro Planscheibe, die maximale Masse des Werkstücks und die Art der Werkstückbefestigung, etwa zwischen Spitzen gelagert oder frei außen oder innen gespannt. Dazu kommen spezifische Betriebsfaktoren wie beispielsweise eine Unwucht. Ausschlaggebend sind zudem die Kräfte, die bei der spanenden Bearbeitung der Werkstücke wirken. Dabei darf die Summe aus Spannkraft und Gewichtsbelastung den Wert für die maximal zulässige statische Belastung nicht übersteigen.

Vorteilhafte Mechanik

Neben den mechanischen kamen besonders in der Vergangenheit auch hydraulisch wirkende Spannspindeln mit einem internen Ölkreislauf zum Einsatz. Solche Systeme ermöglichen große Spannhübe bis zu acht Millimeter bei geringeren Anzugsmomenten. Der entscheidende Nachteil ist jedoch die permanente Gefahr von Ölleckagen und Spannkraftverlust. Hydraulische Spannspindeln besitzen deshalb einen zusätzlichen Kontermechanismus zur Absicherung. Mechanische Spannspindeln bieten dagegen sehr hohe Spannkräfte und hohe Ausrichtgenauigkeit bei niedrigen Anzugsmomenten sowie maximale Betriebssicherheit, hohe Steifigkeit und einfache Bedienung bei geringem Wartungsaufwand. Günther Brand, Jakob Antriebstechnik/bt

Erschienen in Ausgabe: 08/2007