Fachartikel: Werkstückspezifische Magnetspannlösung

Der Pumpen- und Armaturenspezialist KSB aus Halle hat seine Fertigungsprozesse optimiert. Anstelle der Spannung über konventionelle Backenfutter, Prismenauflagen oder Winkel kommt heute unter anderem eine Magnetspannlösung von Schunk zum Einsatz.
Die umschlingende Lösung gewährleistet eine deformationsarme Spannung der dünnwandigen Gussteile und gestattet die Komplettbearbeitung in nur einer Aufspannung.
Die umschlingende Lösung gewährleistet eine deformationsarme Spannung der dünnwandigen Gussteile und gestattet die Komplettbearbeitung in nur einer Aufspannung.Bild: Schunk GmbH & Co. KG

Produktspezialist Magnetspanntechnik Tim Janke und Fachberater Jens Fischer (beide Schunk) sowie Maschinenbediener Gerald Mädchen, Konstruktionsingenieur Andreas Pietsch, Programmierer Thomas Berger und Mario Klömich, Leiter Produktionstechnik, von KSB (v. l.)
Produktspezialist Magnetspanntechnik Tim Janke und Fachberater Jens Fischer (beide Schunk) sowie Maschinenbediener Gerald Mädchen, Konstruktionsingenieur Andreas Pietsch, Programmierer Thomas Berger und Mario Klömich, Leiter Produktionstechnik, von KSB (v. l.)Bild: Schunk GmbH & Co. KG

Fertigungsgerechte Konstruktion

„Der Prozess war früher sehr aufwendig: die beiden Spannungen, die Logistik, die verschiedenen Maschinen – all das war teuer und zeitintensiv“, erläutert KSB-Konstruktionsingenieur Andreas Pietsch. Statt das Werkstück vertikal über eine Innenspannung mit hohen Spannbacken in einem 3-Backen-Futter aufzunehmen, wurde zunächst versucht, eine prismatische Auflage plus Kette zu nutzen. Das war jedoch mit hohem Rüstaufwand und einem nicht gänzlich zufriedenstellenden Rundlauf verbunden. „In diesem Kontext kam erstmals die Idee der Magnetspanntechnik auf“, berichtet Pietsch. „Sie bietet die Freiheit, das Werkstück von allen Seiten zu erreichen, ohne dass Spannelemente behindern oder Teile des Werkstücks überdecken.“

Alternativ untersuchten die Spanntechnikspezialisten von Schunk in einem engen Schulterschluss zwischen Konstruktion, Programmierung und Fertigung von KSB eine deformationsarme Spannung über Pendelbacken in einem stationären 3-Backen-Futter. Das Ergebnis: Um zur Bearbeitung der Innenfläche durch die Futterbohrung hindurchzutauchen, wäre ein extrem großes Drehfutter erforderlich gewesen – und zudem eine zweite Aufspannung. Unterm Strich erwies sich daher die Magnetspannlösung als wirtschaftlichste Lösung, sowohl in Bezug auf die reine Investition als auch auf den laufenden Prozess.

Herausforderungen waren die runde abgesetzte Außengeometrie der Werkstücke, die unterschiedlichen Längen von Gussrohlingen, die auf ein und derselben Vorrichtung gespannt werden sollten, sowie der Werkstoff. Aufgrund der außerordentlich hohen Gussqualität in Bezug auf die Wanddicken war es möglich, die Rohlinge an der Außenkontur zu spannen. Während der Bearbeitung wird die Wanddicke bis maximal an die Wirkgrenze des Magnetfelds reduziert. Es war also sichergestellt, dass die anfallenden Späne sauber abtransportiert werden und sowohl die Prozessstabilität als auch die erforderliche Oberflächengüte gewährleistet sind.

„Nach einer eingehenden Untersuchung und Abstimmung zwischen Vorrichtungsbau, Programmierung und Hersteller stand schließlich fest, dass eine Umschlingung über den Mittelpunkt des Gehäuses realisiert werden sollte“, erläutert Mario Klömich, Leiter Produktionstechnik bei KSB in Halle. Rund zwei Drittel des Werkstückumfangs werden über die Magnetspannlösung gespannt, ein Drittel bleibt frei. „Damit konnten wir sicherstellen, dass eine größtmögliche Prozesssicherheit in Bezug auf Vibrationen, Spannkraft, Oberflächengüte und Präzision gewährleistet ist. Zugleich kann die Vorrichtung sehr einfach beladen werden“, fasst Klömich zusammen.

Ausgleichende Spannung mit hoher Magnetkraft

Drei Faktoren sind bei der Spannlösung entscheidend: Erstens die mobilen Polverlängerungen, die sowohl Zug als auch Druck aufnehmen, nicht verspannen und eine homogene, deformationsfreie Spannung gewährleisten. Sie sind im unbeladenen Zustand voll ausgefedert und werden im beladenen Zustand so vermittelt, dass Gusstoleranzen in beide Richtungen ausgeglichen werden können

Zweiter Erfolgsfaktor ist die verstärkte Variante MFR-A2 der Schunk Magnos-Quadratpoltechnologie, die insbesondere für die Spannung von Gussrohlingen prädestiniert ist. Sie bietet erhöhte Haltekräfte und ist in der Lage, Luftspalte zwischen Werkstückoberfläche und Magnet zu überbrücken.

Der dritte entscheidende Faktor schließlich sind die prismatisch ausgearbeiteten Polplatten, die auf die Magnos-Quadratpolplatten im Format 510 mm x 260 mm aufgeschraubt wurden und die Umschlingung des Werkstücks gestatten. Die Monoblockbauweise der Quadratpolplatten gewährleistet eine hohe Stabilität für weniger Vibrationen, womit sich eine bessere Oberflächengüte erreichen lässt.

Mithilfe der Spannlösung verkürzt sich die Gesamtrüstzeit in der Anwendung bei KSB um rund 50%. Zudem kam es durch den Wechsel auf das Bearbeitungszentrum zu Einsparungen bei der Bearbeitungszeit, bedingt durch schnellere Eilgänge, kürzere Wege und reduzierte Werkzeugwechselzeiten. Aufgrund der definierten Spannsituation ist zudem die Gefahr von Bedienfehlern deutlich gesunken. Während die Spannkräfte früher mit dem Drehmomentschlüssel exakt dosiert werden mussten, um eine Deformation der Teile zu vermeiden, ist heute auf Anhieb eine deformationsfreie Spannung sowie eine vibrationsfreie Bearbeitung gewährleistet.

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