Spannende Sachen

Spannelemente - Für die vielfältigen Spannaufgaben in der Fertigungstechnik werden zahlreiche Systeme angeboten. Hydromechanische Lösungen bieten hier maximale Betriebssicherheit und hohe Flexibilität bei geringem Kostenaufwand.

09. August 2007

Eine wichtige Aufgabe in der halb- und vollautomatischen Fertigung ist das zuverlässige Einspannen des Werkstücks. Erreichen lässt sich dies mit Hilfe konventioneller, vollautomatischer oder manueller Spannelemente mit Kraftverstärkung. Zu den konventionellen Spannmitteln gehören Schrauben oder Muttern, meist in Kombination mit Spannpratzen, -eisen, -unterlagen und Anschlägen. Vollautomatische Spannsysteme enthalten neben zahlreichen standardisierten Spann-, Schwenkspann- und

Federspannzylindern viele auf die jeweilige Anwendung zugeschnittene Sonderlösungen. Der Betrieb dieser Elemente erfordert zwingend eine Energieversorgung sowie ein Steuersystem. Weniger Aufwand erfordern dagegen Spannelemente mit mechanischer Kraftverstärkung. Typische Vertreter dieser Gruppe sind Maschinenschraubstöcke, Kniehebel- und Niederzugsspanner oder Spannfutter.

Ein Schwachpunkt vor allem der konventionellen Spannmittel ist ihre geringe Betriebssicherheit. Zwar sind sie im Allgemeinen robust aufgebaut und einfach zu handhaben, doch wird die Qualität des Spannvorgangs erheblich von den individuellen Fähigkeiten des Bedieners beeinflusst. Falls also keine entsprechenden Hilfsmittel wie etwa Drehmomentschlüssel verwendet werden, können die Spannkräfte hier in einem inakzeptablem Maße streuen. Häufig gilt dies auch für die Elemente mit Kraftverstärkung. Einen definierten Spannvorgang gewährleisten hier nur solche Spannmittel, die mit einer integrierten Kraftbegrenzung und einer Spannhubanzeige ausgestattet sind. Die beste Gewähr für ein reproduzierbares, exaktes Spannen bieten jedoch die automatischen Spannsysteme, die einen mit der Steuerung verknüpften Überwachungs- und Kontrollmechanismus benötigen.

Aufwendige Automatik

Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Spannsystemen müssen die Anschaffungskosten dem erreichten Rationalisierungseffekt gegenübergestellt werden. Wie schnell sich ein Spannmittel amortisiert, hängt deshalb in erster Linie ab von der Spannzeitverkürzung, der Teilevielfalt, den Losgrößen, den Taktzeiten und den Betriebskosten. Die höchsten Investitionen erfordern in der Regel die vollautomatischen Systeme aufgrund des erforderlichen Versorgungs- und Steuerungssystems sowie des Installationsaufwands.

Ein weiterer entscheidender Aspekt bei der Auswahl eines Spannmittels ist dessen Flexibilität im Aufbau und der Anwendung. So lassen sich Einsatzfälle mit stark divergierenden Spannkonturen oder -geometrien mit einem automatischen Spannsystem nur bei großen Losgrößen und mit erheblichem Aufwand realisieren. Besser geeignet sind hierfür komplette Baukästen aus konventionellen Spann- und Aufbauelementen, aber auch die Spannelemente mit Kraftverstärkung können meist sehr

variabel eingesetzt werden.

Mechanik mit Vorteilen

Ein führender Anbieter solcher Maschinenelemente ist die Jakob Antriebstechnik GmbH aus Kleinwallstadt in Unterfranken. Das Unternehmen bietet zahlreiche Spannelemente mit mehreren patentierten Kraftverstärkersystemen, zum Beispiel Kraftspannmuttern, -schrauben und -spindeln oder Blockspanner, die sich für zahlreiche Anwendungen eignen.

Flexibel durch Federkraft

Eine Lösung vor allem für die automatische Klemmung von verschiebbaren oder beweglichen Maschinenteilen sind die hydromechanischen Federspann- und Federdruckzylinder der Reihen ZSF und ZDF, die jedoch auch im Vorrichtungsbau und für Werkstück- und Werkzeugklemmungen zum Einsatz kommen. Beide Spannsysteme kombinieren die Vorzüge der konventionellen wie der vollautomatischen Spannmittel und eignen sich aufgrund ihres kompakten und einfachen Aufbaus sowie der zuverlässigen Funktion als technische wie wirtschaftliche Alternative zu beiden Gruppen.

Betriebssicher und sparsam

Die Federspannsysteme arbeiten automatisch in einer Wechselwirkung von Mechanik und Hydraulik, bei der die Spannkraft mechanisch durch ein vorgespanntes Tellerfederpaket aufgebracht wird. Die Hydraulik wird nur für den Lösehub benötigt und lüftet den Zuganker bzw. den Druckbolzen um ungefähr einen bis zwei Millimeter. Die robusten Spannelemente gewährleisten damit eine maximale Betriebssicherheit, weil die Spannkraft unabhängig von Öldruck oder Leckageverlusten stets in voller Höhe erhalten bleibt. Zudem arbeiten diese Spannsysteme wegen der kurzen Betriebszeiten des Hydraulikaggregates auch unter dem Kostenaspekt sehr effektiv.

Der Druck- bzw. Zugkolben wird wechselseitig von der Tellerfederkraft oder dem Hydraulikdruck beaufschlagt. Bei steigendem Druck wird deshalb

das Federpaket zusammengedrückt und die Federkraft nimmt zu. Die einstellbare Nennspannkraft ergibt sich dadurch als Reaktionskraft des Tellerfederpakets. Die entsprechende Zylinderposition wird bei der Montage manuell mittels einer Ringmutter bzw. Einstellschrauben justiert und arretiert. Zum Lösen der Druck- oder Zugkolben ist ein entsprechend höherer Hydraulikdruck erforderlich. Im eigentlichen Zyklusbetrieb sind die Zylinder also entweder drucklos oder mit dem Lösedruck beaufschlagt.

Die Federspannzylinder sind ausgelegt für Spannkräfte von 16 bis 350 Kilonewton, die Federdruckzylinder bis 250 Kilonewton. Bei Federspannzylindern wird in die Gewindebohrung des Zugkolbens ein Spanndorn oder Zuganker eingeschraubt und gesichert. Das benötigte Hydraulikaggregat sollte mit einem Druckbegrenzungsventil, einem Schalt-Magnetventil, einem Manometer und einem Druckschaltgerät ausgestattet sein.

Günther Brand,

Jakob Antriebstechnik/bt

Erschienen in Ausgabe: 05/2007