Foto: Haimer
Wege zur hochgenauen Werkzeugspannung

Die Schrumpftechnik für Fräswerkzeuge ist im Werkzeug- und Formenbau groß geworden und hat inzwischen zahlreiche weitere Anwendungsgebiete der Präzisionszerspanung quasi als Standard besetzt.

WOLFGANG KLINGAUF, AUGSBURG 

Die Werkzeug-Schrumpftechnik bewährt sich seit vielen Jahren im Formenbau sowie zunehmend in der Präzisionszerspanung für die Automotive-, Luft- und Raumfahrt- und Maschinenbau-Branche. Insbesondere im High- End-Bereich der Metallzerspanung wissen die Anwender heutzutage die hervorragende radiale Rundlaufgenauigkeit sowie den einfachen, schnellen Werkzeugwechsel zu schätzen. Zudem überzeugen Schrumpffutter durch ihre vielfältige Kontur- und Geometrieauswahl. In der Bearbeitung tragen sie zu einer hohen Präzision und Oberflächenqualität der Werkstücke bei und sind in der Regel ökonomischer als herkömmliche Werkzeugaufnahmen.


Doch dies war bis vor einigen Jahren anders: Werkzeugmaschine, Spindel und Schneidwerkzeug wurden als die entscheidenden Faktoren beim Fräsen angesehen, die Werkzeugaufnahme blieb weitgehend unbeachtet. Ein Fehler, denn wenn die Rundlaufgenauigkeit einer Werkzeugaufnahme nicht stimmt, wirkt sich das unmittelbar auf das Bearbeitungsergebnis aus: Genauigkeit und Oberflächenqualität leiden. Werkzeug und Spindel verschleißen deutlich schneller, und letzten Endes sinkt die Prozesssicherheit. So entstehen beträchtliche Nachteile, die auf Kostenseite unangenehm zu Buche schlagen.

 

Geringe Investition, große Wirkung


Dabei sind die Aufwendungen für Werkzeugaufnahmen – selbst für qualitativ hochwertige – gering: In der Regel werden die Spannfutter zusammen mit der Erstausstattung der Werkzeugmaschine gekauft und bleiben sehr lange in der Maschine. Studien haben gezeigt, dass die Ausgaben für Werkzeugaufnahmen weniger als 1 % der Gesamtbearbeitungskosten betragen. Warum an dieser Stelle sparen, wo doch Nachteile in Qualität, Produktivität und Verschleiß drohen? Innovative Unternehmen haben sich diese Frage gestellt und suchen seit einigen Jahren die beste Technik zur Aufnahme ihrer Werkzeuge. Auch der Markt hat reagiert und bietet verschiedene Systeme an, die den permanent steigenden Anforderungen des Fräsprozesses bezüglich Präzision, Oberflächengüte, Zeitspanvolumen und Prozesssicherheit gerecht werden sollen.


Besonders große Erfolge verbucht die Schrumpftechnik, die inzwischen die meisten großen Werkzeughersteller im Programm haben. Wer einen Blick in Produktionshallen in Deutschland, Europa oder Nordamerika wirft, kann das bestätigen. In den meisten hochwertigen Bearbeitungszentren sieht man Fräswerkzeuge, die in Schrumpffuttern gespannt sind. Doch auch bei diesen, auf den ersten Blick sehr einheitlich erscheinenden Werkzeugaufnahmen gibt es erhebliche Unterschiede.

 

Die Stärken des Schrumpfens


Haimer, der Weltmarktführer für hochpräzise Schrumpftechnologie aus Igenhausen (Deutschland), weist im Folgenden auf grundsätzliche Stärken des Schrumpfens hin und verrät, was es im Detail zu beachten gilt.

• Genauigkeit: Ein fachgerecht produziertes Schrumpffutter sollte eine Rundlaufgenauigkeit von unter 3 μm (bei 3 x D) erreichen, nur dann kann die Präzision letzten Endes auch auf die Werkzeugschneide übertragen werden.

• Wuchtgüte: Jedes Schrumpffutter sollte feingewuchtet sein. Als ideale Wuchtgüte hat sich für Haimer die Wuchtgüte G 2.5 bei 25 000 U/min bzw. bei kleinen Aufnahmen <1 g mm Restunwucht herauskristallisiert. Diese Güte bleibt bei jedem Schrumpfprozess erhalten. Denn Schrumpffutter weisen keine beweglichen Teile auf, weshalb sie unter allen Aufnahmesystemen die beste Wiederholgenauigkeit der Wuchtgüte bieten. Andere Spannsysteme, die viele bewegliche Teile enthalten, deren Position sich bei jedem Spannvorgang neu anordnet, sind nicht wiederholgenau auswuchtbar.

• Spannkraft: Ein Schrumpffutter spannt das Werkzeug 360 Grad um den Schaft. Das führt zu einer grundsätzlich hohen Spannkraft und Steifigkeit. Dieser Effekt lässt sich zusätzlich durch eine verkürzte Einführphase und einen verlängerten Spannbereich verstärken.

• Schneller Werkzeugwechsel: Die Wechselzeit bei Schrumpffuttern ist nicht zu schlagen, zumindest wenn der Prozess mit leistungsstarken induktiven Schrumpfmaschinen verbunden ist. Der Werkzeugwechsel kann in fünf bis zehn Sekunden erfolgen. Zudem benötigen die Produktionsstätten sehr wenig zusätzliches Inventar, also keine Spannzangen, Muttern, Dichtungsscheiben etc..

• Verschiedene Standardausführungen: Aus unterschiedlichen Bearbeitungen (Schruppen, Schlichten, tiefe Konturen etc.) ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an das Schrumpffutter. Der Anbieter sollte dem mit einem breiten Sortiment an Konturen und Ausführungen entgegenkommen. Für die 5-Achs-Bearbeitung im Formenbau sind zum Beispiel sehr schlanke Aufnahmen mit 3°-Schräge im Bereich der Spitze gefordert. Eine Kontur, die Kraftspannfutter oder Spannzangenfutter nicht erreichen können.

• Verlängerte Aufnahmen: Um tiefe Kavitäten zu bearbeiten, lassen sich Schrumpffutter mit Schrumpfverlängerungen kombinieren. Dadurch erhält der Anwender sehr lange Werkzeugaufnahmen mit dennoch geringem Rundlauffehler.

• Werkzeugkühlung: Schrumpffutter sind ideal geeignet, KSS oder Luft/Öl-Nebel intelligent an die Schneide des Werkzeugs zu leiten. Manche Hersteller bieten diesbezüglich optionale Systeme an.

• Sauberkeit: Das ist eine grundsätzliche Stärke von Schrumpffuttern. Das konstruktiv abgedichtete System ist gegenüber Verunreinigungen besser geschützt als andere Aufnahmesysteme.

• Wartung: Schrumpffutter benötigen– anders als Frässpannfutter mit Rollenlager oder Hydrodehnspannfutter etc. – keine teuren oder ungeplanten Wartungsarbeiten. Das reduziert die Kosten und erzeugt konsistente sowie vorhersehbare Arbeitsbedingungen.

 

Das richtige Spannfutter für jede Anwendung


Haimer hat über Jahre hinweg die Bandbreite seiner Schrumpffutter derart erweitert, dass dem Einsatz kaum Grenzen gesetzt sind. Schon die Schrumpffutter in Standardausführung sind feingewuchtet (auf G 2.5 bei 25 000 min-1 bzw. <1 g mm Restunwucht) und aus hochwarmfestem Spezialstahl gefertigt. Alle funktionalen Oberflächen sind extrem präzise verarbeitet, und die Kegeltoleranzen sind weit präziser gefertigt als von den einschlägigen Normen gefordert.


Als Weiterentwicklung der Standard Schrumpffutter wurden die „Power Shrink Chucks“ speziell für Hochgeschwindigkeitsoder Hochpräzisionsfräsanwendungen entwickelt. Das patentierte Design kombiniert eine geringe Neigung zu Vibrationen mit einer hohen Steifigkeit und schlankem Design an der Spitze. Diese besondere Konstruktion ermöglicht es dem Bearbeiter, die Schnitttiefe und die Vorschübe zu erhöhen und so ein höheres Zeitspanvolumen zu erreichen. Optional lässt sich jedes „Power Shrink Chuck“ mit der patentierten Auszugsicherung „Safe-Lock“ ausstatten.


Die „Heavy Duty Shrink Chucks“ zeichnen sich durch eine verstärkte Wandstärke im Spannbereich aus, einer extrem steifen Außenkontur und patentierten Dehnungsnuten in der Spannbohrung. So kommen hohe Spannkräfte zustande, die sich durchaus mit denen von Kraftspannfuttern vergleichen lassen.


Das Portfolio an Schrumpffuttern wird durch die „Mini Shrink Chucks“ abgerundet. Das sind einteilige Schrumpffutter mit einem extrem schlanken Design und einer 3-Grad-Außenkontur – konstruiert für den Formenbau. Als Variante gibt es die „Power Mini Shrink Chucks“. Sie sind an der Spitze schlank wie ein „Mini Shrink Chuck“, verfügen aber über eine verstärkte Basis, um Vibrationen abzudämpfen und eine bessere Drehmomentübertragung zu erzeugen.

 

Stets die passende Spindelschnittstelle


Da für die Hochpräzisionsbearbeitung die richtige Verbindung zwischen Werkzeugaufnahme und Spindel ebenfalls von großer Bedeutung ist, bietet das Unternehmen aus Igenhausen alle Schrumpffutter mit Spindelschnittstellen in Premiumqualität an: Haimer bearbeitet alle Funktionsflächen fein und garantiert für seine Steilkegel eine Kegeltoleranz besser als AT3. Außerdem hat man auch HSK-A/E/F-Kegel im Programm, die große Vorteile gegenüber den Standardsteilkegeln aufweisen, wie z.B. eine hohe Wiederholgenauigkeit, eine fixe axiale Positionierung durch Plananlage und eine Nachhaltigkeit im Hochgeschwindigkeitsfräsen. Und nicht zuletzt bietet man die erfolgreichen Spindelsysteme „Capto“ (in Lizenz von Sandvik Coromant) und Kennametals KM4X an.

 

Schrumpfmaschinen für jede Anforderung


Um Werkzeug und Schrumpffutter miteinander zu verbinden, wird eine passende Schrumpfmaschine benötigt. Hier können die bayerischen Schrumpfspezialisten auf ein breites Portfolio zurückgreifen, das jede Anforderung berücksichtigt und mit denen man alle HSS- und Hartmetall- Werkzeuge mit Schafttoleranz h6 in kürzester Zeit ein- und ausschrumpfen kann.


Die „Power Clamp Nano“ ist beispielsweise eine horizontale Schrumpfmaschine für kleine Schnittstellen wie HSK-E25 bis HSK-A63 oder SK/BT30 bis SK/BT40 und für kleinere Werkzeuge bis zu einem Durchmesser von 16 mm.


Die „Power Clamp Comfort NG“ hingegen ist die Schrumpfmaschine für hohe Ansprüche und greift auf eine Doppelspulentechnologie und eine Kontaktkühlung zurück. Die Spule passt sich der Länge und dem Durchmesser des Schrumpffutters an. Nur der Schrumpfbereich wird erhitzt, was die Kühlzeit deutlich absenkt. Austauschbare Anschlagscheiben oder der Austausch von Spulen sind nicht mehr nötig. Die Leistung der Spule geht bis 13 kW, wodurch die Heizzeit minimiert wird. Die Software erkennt automatisch die Größe des Schrumpffutters und stellt die richtigen Schrumpfparameter ein. Für diese Geräteversion wurde jüngst ein Aufrüstsatz ins Programm genommen, der mit einer Heavy Duty Spule zuverlässiges Schrumpfen von Heavy Duty Aufnahmen bis Durchmesser 50 mm gewährleistet.


Die „Power Clamp Premium“–Baureihe stellt in diesem Portfolio die High-End Lösung für professionelles Schrumpfen und Kühlen dar. Sie bietet viel Arbeitsfläche, eine perfekte Bedienung und linear geführte Kühlkörper mit Temperaturüberwachung für maximale Sicherheit. Optional kann auch die Längenvoreinstellung auf 0,02 mm genau (z.B. für Schwesterwerkzeuge) bei dieser Baureihe integriert werden. 

www.haimer.com

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Beitrag aus dima 2/2015:

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