Integrierte Keilmechanik

Spannspindeln - Wer schwere und große Werkstücke in Werkzeugmaschinen fixieren möchte, braucht Zeit und Kraft. Spannspindeln sollen die Bedienung vereinfachen und hohe Spannkräfte mit kompakter Bauweise, geringem Aufwand für Wartung und Montage kombinieren. Wie funktioniert das?

11. Oktober 2005

Ein Problem bei der Bearbeitung sehr großer und schwerer Werkstücke mit einer Dreh- oder Schleifmaschine ist ihre zuverlässige Fixierung auf der Planscheibe. Eine Lösung dieser Aufgabe ermöglichen jetzt neuartige mechanische Kraftspannspindeln von Jakob Antriebstechnik, mit ­denen sich zum Beispiel Turbinenläufer mit einem Gewicht von über 200 Tonnen auf Aufspannscheiben mit einem Durchmesser von mehr als fünf Metern zuverlässig einspannen lassen.

Neben mechanischen kamen besonders in der Vergangenheit auch hydraulisch wirkende Spannspindeln zum Einsatz. Bei diesem Bautyp mit einem internen Ölkreislauf drückt ein Verdrängerkolben mit kleiner Fläche das Ölvolumen auf eine große Spannkolbenfläche, um die Kraft zu vervielfachen. Derartige Systeme ermöglichen zwar große Spannhübe bis zu 8 Millimeter und benötigen etwas geringere Anzugsmomente als mechanische Spannspindeln. Ihr entscheidender Nachteil ist jedoch die Gefahr von Ölleckagen mit Spannkraftverlust. Um dies zu verhindern, besitzen hydraulische Spannspindeln einen zusätzlichen Kontermechanismus zur Absicherung. Die damit verbundenen erheblichen Mehrkosten sowie die aufwändige und störungsanfällige Bedienung machen in aller Regel mechanische Spannspindeln zur besseren Wahl.

Keilmechanik statt Kniehebel

Die neuen mechanischen Kraftspannspindeln des Unternehmens aus Kleinwallstadt arbeiten mit einer integrierten Keilmechanik, die sehr hohe Spannkräfte und Spannhübe sowie eine hohe Ausrichtgenauigkeit bei niedrigen Anzugsmomenten gewährleistet. Gegenüber der konventionellen Kniehebel-Bauweise bietet dieses neue Wirkprinzip erheblich größere Übertragungsflächen sowie optimierte Reibfaktoren und ermöglicht somit auch eine deutlich kompaktere Bauweise. Die Gestaltung der Keilmechanik gewährleistet ein hohes Maß an Steifigkeit sowie eine Selbsthemmung in jeder Spannstellung und macht damit eine zusätzliche mechanische Sicherung für die Gewindespindel unnötig. Zur Wahl stehen zwei Standardvarianten: Die Spannspindeln der Reihe MSP eignen sich für die Spannrichtung außen, etwa für Wellen und Walzen, die doppelt wirkenden Spannspindeln der Reihe MSPD sind für die Spannrichtungen außen und innen kon­zipiert und fixieren damit beispielsweise Rohre oder Buchsen. Diese doppelt wirkenden Spann­spindeln sind zusätzlich mit einer internen Umschaltautomatik ausgerüstet. Bei einer Änderung der Belastungsrichtung von außen nach innen leitet diese automatisch den Kraftfluss wechselweise in den rechten bzw. linken Lagerzapfen ein und stützt ihn in der Planscheibe ab. Eine oder meh­rere Druckfedern kompen­sieren dabei den Umschaltweg und dienen gleichzeitig zur Rückstellung beim Lösevorgang. Alle Bauteile der Spannspindeln sind aus gehärtetem Vergütungsstahl gefertigt, die Keilteile werden zudem plasmanitriert und teilweise speziell beschichtet. Zum Ein­satz kommen die mechanischen Kraftspannspindeln in Planscheiben mit einem Durchmesser von einem Meter bis zu mehr als fünf Metern. Die sechs verschiedenen Baugrößen bieten Spannkräfte von 100 bis 500 Kilonewton.

Auch mit den neuen Spannspindeln ist das Aufspannen sehr großer Werkstücke jedoch immer noch zeitintensiv und mit viel Handarbeit verbunden. Dabei werden die Spannbacken zunächst über den großen Bediensechskant zugestellt, grob ausgerichtet und vorgespannt. Der Kraftverstärkungsmechanismus kommt erst für das eigentliche Kraftspannen und Feinausrichten zum Einsatz, indem der Innensechskant der Antriebsspindel gedreht wird. Dadurch wird das Gewindespindelgehäuse samt Spann­klaue gegen das Werkstück gedrückt. Die Spannkraft bildet sich dabei linear abhängig vom Anzugsmoment. Zur Kontrolle von Spannkraft und Rundlauf sollten hier deshalb ein Drehmomentschlüssel und eine Messuhr zum Einsatz kommen. Die optimalen Werte liefert ein individuelles Spannkraftdiagramm mit Messprotokoll, das jeder gelieferten Spannspindel beiliegt und auf Wunsch als Aluminiumtafel für das Bedienpersonal an der Maschine befestigt werden kann. Einen Faktor zur Korrektur der Tabellen- bzw. Diagrammwerte aufgrund von Reibverlusten in den Führungen der Spannklauen oder Langschieber bestimmt bei Bedarf der Planscheiben- bzw. Klauenkastenhersteller.

Günther Brand, Jakob Antriebstechnik

Erschienen in Ausgabe: 07/2005