Hydraulische Spannvorrichtung für automatisiertes Spannen

Spannelemente wie dieses haben eine Schlüsselfunktion im Zerspanungsprozess. - Bild: warut - stock.adobe.com

| von Julia Dusold

Das sind die aktuellen Themen der Spanntechnik:

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Spannelemente sind mehr als ein notwendiges Übel in der Zerspanung. Im Gegenteil - die richtige Spanntechnik kann viel bewirken. Ist die optimale Lösung gefunden, wird der Prozess sicherer, Rüstzeiten kürzer und die Produktivität höher. Um den Anwendern diese optimalen Spannsysteme bieten zu können, beschäftigen sich Hersteller und Forscher mit den neuesten Trends aus dem Bereich Spanntechnik, die wir im folgenden für Sie zusammengefasst haben.

1. Moderne Maschinen und Werkzeuge stellen hohe Ansprüche an Spannsysteme

Bauteile werden immer komplexer - damit fängt alles an. Was folgt, sind komplizierte Bearbeitungsverfahren, die nicht nur präziser, sondern auch schneller sein sollen. Dementsprechend werden in Fertigungen immer häufiger CNC-Bearbeitungszentren und Sonderwerkzeuge eingesetzt - und das hat Auswirkungen auf die Spanntechnik.

"Die Fünf-Achsen-Bearbeitung liegt im Trend, der Anteil an Fünf-Achsen-Maschinen ist stark angestiegen", berichtet Gressel-Geschäftsführer Jörg Maier. Mittelfristig würden daher vor allem mehr Fünf-Achs-Spannelemente benötigt.

Dabei sind die fünf Achsen der CNC-Maschinen nicht die einzige Herausforderung. Die Spannelemente müssen gut zugänglich sein und hohe Haltekräfte haben, wie Patrizio De Pinto, Vertriebsleiter bei Lang Technik, erläutert. "Zudem sollten diese auch auf Fräs-Drehmaschinen einsetzbar sein, da die kombinierte Bearbeitung immer stärker am Kommen ist."

2. Zunehmende Automatisierung benötigt passende Spannelemente

Nicht nur die komplexen Bearbeitungen, auch die zunehmende Automatisierung stellt hohe Ansprüche an die Spannsysteme. "Immer mehr Werkzeugmaschinen werden entweder über Palettensysteme oder mittels Roboter beladen", bemerkt Raoul Dessel, Executive Vice President Sales & Distribution Management bei Schunk. Dabei seien vor allem die Werkstück-Spannsysteme besonders gefordert: "Im Fokus stehen die Prozesssicherheit und Zugänglichkeit, einfache und schnelle Rüstvorgänge sowie ein perfektes Zusammenspiel mit anderen am Prozess beteiligten Komponenten. Daher wird Schunk demnächst die nächsten Generationen seiner Kraftspannblöcke, Basis- und 5-Achs-Spanner präsentieren, die gezielt auf diese Aspekte abgestimmt sind."

Portrait von Jörg Maier, dem CEO von Gressel
Jörg Maier ist Geschäftsführer der Gressel AG. - Bild: Gressel

Auch bei Gressel wird viel Entwicklungsarbeit in die Automation gesteckt. "Der automatisierte Beladevorgang ist enorm wichtig", betont Geschäftsführer Maier. "Wir gehen noch einen Schritt weiter und automatisieren nicht nur die Beladung, sondern wir haben ein Spannsystem entwickelt, das den Umrüstprozess automatisiert." Dies mache es möglich, flexible Losgrößen zu fertigen, und das mit einer großen Teilevielfalt. Teil des Systems sind Spannelemente, die eine automatische Beladung zulassen, wie beispielsweise der greifende Zentrischspanner R-C2 von Gressel.

"Der R-C2 ist die Verschmelzung der Vorteile von Roboter Direktbeladung mit der Palettenbeladung", so Maier. In der Maschine funktioniert der R-C2 wie eine Palette. Er ist ein motorisch ansteuerbarer Servogreifer, der vom Roboter in die Maschine eingelegt und abgekoppelt wird. "Mit dem R-C2 entfällt der Rüst- und Umrüstaufwand, neue Werkstückspannweiten werden mit dem Servoantrieb automatisch umgestellt", erzählt der Gressel-Geschäftsführer.

In diesem Video sehen Sie den greifenden Werkstückhalter im Einsatz:

Quelle: Gressel

Wenn es um die Automatisierung geht, punkten im Allgemeinen Nullpunktspannsysteme. Ihr Vorteil: Werkstück, Vorrichtung und Spannelemente lassen sich in einem Arbeitsgang schnell und präzise positionieren, fixieren und spannen. Außerdem sind sie häufig modular aufgebaut und lassen sich damit individuell an den Prozess anpassen.

Lesen Sie mehr dazu in diesem Trendbeitrag bei unserem Schwestermedium FERTIGUNG. Darin erfahren Sie, warum die Einführung eines Nullpunktspannsystems häufig der erste Schritt der Automatisierung von Werkzeugmaschinen ist.

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3. Spannsysteme mit integrierter Sensorik werden bedeutender

Das wohl heißeste Thema der Spanntechnik sind Sensoren, die vor allem im Rahmen der Automation und Digitalisierung immer wichtiger werden. "Im Bereich automatisierte Fertigung, bei denen Werkstücke mannlos per Roboter oder Zuführung eingelegt und gespannt werden, ist eine Sensorik zum prozesssicheren Ablauf nahezu unumgänglich", erläutert der Lang-Technik-Experte De Pinto. "Angefangen von einer einfachen Spannabfrage bis hin zur Überprüfung von Spanndrücken inklusive Regulierung, kann anhand einer Sensorik viel Einfluss genommen werden."

Bei der manuellen Fertigung sehe das hingegen anders aus. Werden die Bauteile von Menschen eingelegt und gespannt, sei die Sensorik noch nicht sehr stark vertreten, und das mit gutem Grund: "Vor allem, wenn es sich um Einzelteile und Kleinserien handelt, bei denen oft Vergleichswerte fehlen, wäre der Aufwand, solch ein System einzurichten, wahrscheinlich zu groß", so De Pinto.

Portrait von Patrizio De Pinto, Vertriebsleiter bei Lang Technik
Patrizio De Pinto ist Vertriebsleiter bei der Lang Technik GmbH. - Bild: Lang Technik

Dennoch sehen die Spanntechnik-Hersteller die Sensorik als Technologietreiber der Branche an, da sie viel zum Prozess beitragen kann. Sensoren machen es möglich, mannlos zu rüsten, die Spannkraft exakt zu regeln oder Prozessdaten zu erfassen - so werden aus mechanischen Spannelementen digitale Lösungen, die nicht nur Spannen können. De Pinto: "Spannmittel der Zukunft werden neben den eigentlichen Spannaufgaben auch vermehrt mit der Werkzeugmaschine interagieren, um im laufenden Prozess gewisse Parameter anzupassen beziehungsweise zu verändern."

Ein Beispiel für ein solches intelligentes Spannsystem liefert Schunk: "Mit smarten Spannmitteln wie dem sensorischen Werkzeughalter iTendo, können Zerspanungsprozesse ohne Eingriff des Bedieners unmittelbar am Werkzeug in Echtzeit überwacht und geregelt werden", erklärt Dessel. Laut Schunk haben Pilotanwendungen der intelligenten Werkzeugaufnahme gezeigt, dass es möglich ist, schwingungsarme Bearbeitungen und damit brillante Oberflächenqualitäten zu realisieren. Außerdem erlaube der iTendo beispielsweise bei Mikrowerkzeugen eine Trendauswertung zum Werkzeugverschleiß oder eine erhöhte Prozessstabilität beim Bohrsenken von Großbauteilen in der Luftfahrtindustrie.

Der sensorische Werkzeughalter Schunk iTendo in der Anwendung
Sensoren an Werkzeughaltern und anderen Spannmitteln ­liefern tiefe Einblicke in den Fertigungsprozess. So hilf beispielsweise der iTendo von Schunk dabei, Zerspanprozesse zu überwachen und zu regeln. - Bild: Schunk

Sensorische Spannmittel haben außerdem das Potenzial, die Prozessüberwachung und -regelung in der Zerspanung stark zu vereinfachen, wie das Beispiel von Schunk zeigt: "Um den iTendo einzusetzen, ist keinerlei spezifisches Fachwissen erforderlich", so Dessel. "Jeder, der eine Werkzeugmaschine bedienen kann, kann auch den intelligenten Werkzeughalter nutzen."

Mehr zu der Funktionsweise von sensorischen Werkzeugaufnahmen und deren Vorteile können Sie in diesem Beitrag lesen:

4. Spanntechnik wird wichtiges Element von Industrie 4.0

Der Einsatz von Sensoren erlaubt die Integration von Spannelementen in Industrie-4.0-Lösungen.

Portrait von Raoul Dessel, Executive Vice President Sales & Distribution Management bei Schunk
Raoul Dessel ist Executive Vice President Sales & Distribution Management bei der Schunk GmbH & Co. KG. - Bild: Schunk

Sowohl Werkzeughalter als auch stationäre Spannmittel und Drehfutter befinden sich closest-to-the-part", führt Dessel aus." Damit ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Erfassung von Werkstück- und auch Prozessdaten, die bislang nicht oder nicht vollständig genutzt werden." Ziel sei es dabei, das Wissen der Spannelemente zu nutzen, um Prozesse systematisch zu analysieren.

Demnach wird es in Zukunft vor allem um die Integration der intelligenten Spanntechnik in die Systemarchitektur der Produktion gehen, wie Prof. Berend Denkena weiß: "Es wird darum gehen, die Potenziale der Digitalisierung und die Anwendungsmöglichkeiten Künstlicher Intelligenz weiter auszuschöpfen", resümiert der Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen an der Leibniz Universität Hannover. "Ziel ist es, mittels der Integration robuster Sensorik, der Auswertung der Sensordaten mittels Künstlicher Intelligenz und der Vernetzung der Spannsysteme mit weiteren Komponenten der Produktion, die Transparenz in der Fertigung zu erhöhen. Das steigert die Produktivität zu und stellt die Werkstückqualität durch intelligentes Eingreifen in den Prozess sicher." Damit wird die Spanntechnik zu einem wichtigen Element einer ganzheitlich intelligenten Produktion.

Bild: Leibniz Universität Hannover

Sie wollen mehr zu den zukünftigen Herausforderungen in der Spanntechnik wissen? Dann lesen Sie am besten das vollständige Interview mit Prof. Berend Denkena vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover. Darin erfahren Sie alles über die aktuelle Forschung, die Spanntechnik der Zukunft und warum Sensorik und Künstliche Intelligenz dabei Schlüsselrollen übernehmen.

Hier geht's zum Interview bei unserem Schwestermedium FERTIGUNG.

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