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Werkzeuge und Spannmittel 61 www.DIMA-MAGAZIN.com geben sich auch neue Anforderungen für die Spannmittel. Durch die neuen Maschinenkonzepte können mehr Fertigungsinhalte in einer Werkstückaufspannung realisiert werden, das bedingt aber, dass eine bessere Werkzeugzugänglichkeit gegeben sein muss, um das Werkstück in einer Aufspannung nahezu komplett zu bearbeiten. Kompakte Spannelemente sind erforderlich, um mit kurzen und damit steifen Werkzeugen zu zerspanen. Neuer Trend: Spannen in Bohrungen Seit einiger Zeit ist ein Trend zu erkennen. Werkstücke werden für die Bearbeitung in bereits vorhandenen oder für dieses Spannkonzept eigens eingebrachten Bohrungen gespannt. Der große Vorteil liegt darin, dass man fünf Seiten eines Werkstücks komplett bearbeiten kann. Die Spannelemente, sogenannte Bohrungsspanner, halten das Werkstück lediglich an einer Seite. Die Bohrungsspanner besitzen Gripp ähnliche Spreizsegmente, welche sich mit Formschluss in der Bohrung des Werkstückes „festbeißen“. Damit werden hohe Spann- und Haltekräfte erzielt, um das Werkstück sicher zu spannen. Es besteht auch die Möglichkeit, mit Bohrungsspannern die Werkstücke zu positionieren, dementsprechend ist im Vergleich zur üblichen Werkstückpositionierung über Rund- und Schwertbolzen eine höhere Genauigkeit erzielbar. Eine Herausforderung ist hier die notwendige Anpassungsfähigkeit der Bohrungsspanner an sich verändernde Werkstückgeometrien. Dazu ist es notwendig, eine gewisse Modularität in der konstruktiven Auslegung zu berücksichtigen. Leichtbau: Sensible Werkstücke spannen Es ist erkennbar, dass seit vielen Jahren in der Automobilindustrie vor allem Strukturbauteile immer filigraner konstruiert werden, um durch die Gewichtseinsparung eine höhere Effizienz des Fahrzeugs zu erreichen. Damit steigen die Anforderungen an die Spannmittel, da hier durch die eingeleiteten Spannkräfte die Werkstücke relativ leicht verformt werden können. Die Anforderung an geeignete Spannmittel liegt in der Sensibilität, mit der die Spannung aufgebaut wird. Einerseits sollen geringe Spannkräfte in das Werkstück eingeleitet werden, andererseits sollen hohe Haltekräfte das Bauteil sicher in der Position halten. Für diese Aufgaben wurden positionsflexible Spannsysteme entwickelt, welche dieser Aufgabe gerecht werden. Durch den Einzug der Verbundwerkstoffe, wie zum Beispiel Kohlefaser, in der Automobil- und Luftfahrtindustrie ist natürlich weiterhin Bedarf an hochsensibel agierenden Spannsystemen. Elektromechanische Spannmittel – Status Quo Vor einigen Jahren wurden von verschiedenen Herstellern die ersten hydraulikfreien Werkzeugmaschinen auf den großen Messen vorgestellt. Dementsprechend hat man im Umfeld auch die dafür passenden Komponenten entwickelt, wie Elektrospannzylinder für die Werkzeugspannung, Elektroschwenkspanner für die Werkstückspannung oder auch elektrisch ansteuerbare Nullpunkt-Spannsysteme. Allerdings hat sich bis heute die hydraulikfreie Werkzeugmaschine noch nicht durchgesetzt. Es ist bisher bei einigen Pilotanwendungen geblieben. Mit ein Grund ist sicherlich, dass elektromechanische Spannmittel bei weitem nicht so kompakt bauen können wie hydraulische Spannelemente. Bezüglich Kraftdichte ist die Hydraulik nun mal unschlagbar, es lassen sich mit dem entsprechenden Systemdruck sehr kompakte Spannkomponenten realisieren. Und dies ist notwendig, um den Anforderungen der Vorrichtungskonstrukteure gerecht zu werden. Industrie 4.0: Was bedeutet das für die Spannmittel? Im Rahmen von Industrie  4.0 soll unter anderem die sogenannte „Smart Factory“ realisiert werden. Ziel ist es, sämtliche „Dinge“ innerhalb eines Produktionssystems miteinander intelligent zu vernetzen, also Maschine, Sensorik, Aktoren, Roboter, Bediengeräte und natürlich auch Spannmittel. Damit ist es möglich, einen hocheffizienten Fertigungsprozess zu realisieren. Ein Beispiel ist die Realisierung eines sensorischen Spannsystems, welches in der Lage ist, der Maschinensteuerung den Zustand der Spannvorrichtung mitzuteilen; somit ist eine permanente Prozess und Zustandsüberwachung möglich. Es kann von jedem einzelnen Spannzylinder die exakte Kolbenstellung, der konkrete Hydraulikdruck im Zylinder und die durch die Zerspanung ins Spannelement eingeleitete Zerspanungskraft erfasst werden. Somit ist es möglich, geometrisch inkorrekte Werkstücke zu identifizieren, Druckabfall oder ungewöhnliche Druckspitzen in jedem einzelnen Spannzylinder zu detektieren. Überhöhte Prozesskräfte, initiiert durch verschlissene Werkzeuge können sofort erfasst und als Fehlermeldung der übergeordneten Steuerung mitgeteilt werden. Alle diese Informationen erhöhen die Prozesssicherheit, und man kann direkt Rückschlüsse ziehen, wann und warum Werkstücke als Ausschuss gefertigt werden. Mittels aller dieser Zustandsinformationen aus dem Spannsystem können Algorithmen definiert werden, welche die Maschine veranlassen, durch geeignete Maßnahmen den Fertigungsprozess fortwährend zu optimieren. Abschlussbemerkung Die stationäre Spanntechnik wird zu einem immer stärker werdenden integrativen Bestandteil des Fertigungsprozesses. Die neuen Fertigungsverfahren, wie generative Herstellverfahren, bringen neue Herausforderungen für die Spannmittelhersteller. Die Branche zeigt sich kreativ und wird auch in Zukunft den kommenden Anforderungen mit intelligenter Spanntechnik neue Wege eröffnen. u www.roemheld-gruppe.de u www.pwz.vdma.org


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