Werkstückspanntechnik ermöglicht Drehprozess Spanntechnik reduziert Bearbeitungszeit um 75 Prozent

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Die MBS CNC-Technologie & Engineering GmbH ist spezialisiert auf Präzisionsmaschinenteile nach Kundenwunsch. Als Lohnfertiger ist das Unternehmen auf CNC-Fräs- und Drehmaschinen-Prototypenteile, Klein-, Mittel- bis Grossserien und mechanische Baugruppen spezialisiert.

Für einen Grossauftrag aus der Lebensmittelindustrie stand MBS vor der Herausforderung, sehr schwere Werkstücke aus Edelstahl mit hohen Anforderungen an die Oberflächengüte zu fertigen. Spanntechnik von Hainbuch erfüllt die Anforderungen nicht nur, sondern trägt auch zu einer beeindruckenden Verkürzung der Bearbeitungszeit um 75 Prozent bei.

Herausforderung: Grossformatige, massive Werkstücke

MBS trat an Hainbuch heran für eine Beratung zur bestmöglichen Aufspannung einer Familie von Edelstahlgehäusen zur Mengenabfüllung für einen Lebensmittelhersteller. Das kleine Gehäuse wiegt 23,6 kg, wird aber mit weiteren 11 kg Gewicht zum Wuchtausgleich gespannt. Das grosse Gehäuse bringt insgesamt stattliche 46 kg auf die Waage und ist 325 mm lang.

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Herausforderung der exzentrischen Spannung

Alexander Bergmann, Geschäftsführer von MBS, berichtet: «Bei diesen Gewicht- und Längenverhältnissen wirken enorm hohe Kräfte. Das Werkstück ist im Verhältnis zur Spannbohrung sehr gross und lang. Hinzu kommen die Herausforderung der exzentrischen Spannung und die Forderungen an die Oberflächenbeschaffenheit. Der erste Gedanke war daher, die Teile zu fräsen und nicht zu drehen.»

Fräsen nicht wirtschaftlich

Die augenscheinlich logischste Bearbeitungsvariante war aber nicht wirtschaftlich: Nach Auslegung des Prozesses standen fürs 3D-Fräsen 204 Minuten Maschinenlaufzeit im Plan. Deutlich zu lang, um das Edelstahlgehäuse im Kostenrahmen des Kunden zu fertigen. Zudem hätte der Endkunde seinen Konstruktionsentwurf bei einer Fräsbearbeitung verändern müssen, weil ein Hinterschnitt so nicht machbar gewesen wäre.

Drehen statt Fräsen: 75 Prozent Zeitersparnis

Die Herausforderung für den Drehprozess lag in der Werkstückspannung. Zusammen mit dem Kunden eine Lösung zu finden, ist Spezialgebiet des Spanntechnikhersteller Hainbuch aus Marbach (D), der in der Schweiz durch Utilis vertreten wird. MBS war bereits überzeugter Kunde. Im Gespräch mit Frank Gruber, technischer Berater bei Hainbuch, entstand die Idee, mit Spanntechnik aus dem Hainbuch-System zu arbeiten.

Kraftspannfutter mit Spanndornadaption

Zum Einsatz kommt bei MBS ein Toplus-Kraftspannfutter, in das eine Spanndornadaption «Mando Adapt T212» eingesetzt wird. Beide Spannmittel zusammen erzeugen eine kraftvolle, steife Innenspannung. Diese machte die Drehbearbeitung der grossen, schweren Teile erst möglich. Alexander Bergmann: «Wir hatten bereits das Spannfutter Toplus mit Axzug auf der Maschine. Daran begeistert mich die Rüstfreundlichkeit. Durch Adaptionen lassen sich die Spannmittel ungemein effizient und schnell umrüsten. Mit Adaptionen arbeiten wir als Lohnfertiger sehr flexibel und nutzen sie auch für andere Aufträge. Also eine echte Investition für die Zukunft.»

Frank Gruber erklärt, wieso diese Kombination so kraftvoll spannen kann: «Die Spanngeometrie des Kraftspannfutters Toplus basiert auf einer sechsseitigen Pyramide. Heisst, die Spannflächen liegen vollflächig an und es entsteht ein Formschluss der, im Gegensatz zur runden Spanngeometrie, eine höhere Steifigkeit erzeugt und zudem schwingungsdämpfend wirkt. Im Vergleich zu einem runden Futter wird durch die Schmierung bei gleicher axialer Zugkraft eine Steigerung der Spannkraft von mehr als 25 Prozent mehr erreicht. Der Dorn, der als Adaption in das Futter eingesetzt wird, profitiert also von der hohen Spannkraft und der steifen Spannung des Basisspannmittels.»

Die Spanndornadaption wird wie das Futter per Axzug gespannt. Die gegen Verdrehen gesicherte Segmentspannbüchse hält dann im gespannten Zustand per Innenspannung das Werkstück. «Der Spanndorn bringt in der Spannsituation bei einer Betätigungskraft von axial 20 kN eine radiale Spannkraft von 85 kN auf das Werkstück. Entscheidend ist aber der Axzug-Effekt, mit dem das Werkstück gegen den Werkstückanschlag gezogen wird. Diese steife und kraftvolle Spannung stellt sicher, dass MBS – auch bei den hohen Bearbeitungskräften – prozesssicher und präzise arbeiten kann», freut sich Frank Gruber.

«Die unwirtschaftlichen 204 Minuten Bearbeitungszeit beim Fräsen konnten wir durch die Lösung von Hainbuch extrem verkürzen. Jetzt liegen wir bei 51 Minuten Bearbeitungszeit an unserem CNC-Drehzentrum, eine geniale Reduzierung ohne Einbussen an Qualität und Prozessstabilität», resümiert der Geschäftsführer von MBS.

Kurze Rüstzeit bei hoher Wiederholgenauigkeit

Die eingesetzten Spannmittel sind ab Lager in wenigen Tagen erhältlich und zudem äussert rüstfreundlich. Für die unterschiedlich schweren Werkstücke kommt die Dornadaption «Mando Adapt T212» in den Grössen 2 und 3 zum Einsatz. Damit ist sichergestellt, dass für beide Werkstücke die bestmögliche Spannsituation gegeben ist, um sicher und stabil zu spannen. Die Segmentspannbüchse und der Werkstückanschlag werden jeweils vorgerüstet, danach wird nur der Dorn montiert und das Werkstück direkt gespannt. Der Wechsel zu einer neuen Teilegrösse kann so in maximal zwei Minuten vollzogen werden.

Alexander Bergmann berichtet: «Die Adaption und das gesamte Hainbuch-System sind sehr vielseitig, zuverlässig und liefern hohe Präzision.» Vorteilhaft ist auch die hohe Montagewiederholgenauigkeit.

Beim Wechsel des Adaptionsspannmittels ist kein Neuausrichten erforderlich. Die Anforderungen von MBS eines Planlaufs von 0,02 mm und einer Konzentrizität von 0,02 mm konnten so leicht erfüllt werden.

Nutzenoptimierung der Spanntechnik

Nach dem Drehen werden in die Edelstahlgehäuse seitlich Taschen im 45°-Winkel und diverse Anschlussgewinde gefräst. Für diesen Arbeitsschritt nutzt MBS die gleiche Spanntechnik wie beim Drehen. «Auch für die Fräsbearbeitung nutzen wir die Spannmittel von Hainbuch. Das vereinfacht unseren Prozess und wir spannen so alle Werkstücke an den gleichen Bezugsflächen. So nutzen wir unsere Produktionskapazitäten optimal und arbeiten effizient», resümiert Alexander Bergmann. Für die Oberflächenbeschaffenheit gab der Auftraggeber aus der Lebensmittelindustrie genaue Werte vor. Die gewünschte Rauheitswerte von Ra 0,4 und Rz 1,6 werden ebenfalls durch die Fräsbearbeitung erreicht.

(böh)

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