Spannsysteme Adaptive Spanntechnik schont dünnwandige Rohre

Von Dr.-Ing. Philipp Esch

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Wer Werkstücke mit dünnen Wänden sicher fixieren will, um sie zu bearbeiten, läuft mit üblichen Spannsystemen Gefahr, die Teile zu beschädigen. Fraunhofer-Forscher haben eine Alternative parat.

Empfindliche, weil dünnwandige Halbzeuge, wie Rohre, müssen für eine Bearbeitung besonders schonend eingespannt werden. Übliche Spannsysteme sind dafür nicht immer ideal. Deshalb gibt es jetzt dieses, am Fraunhofer-IPA neu entwickelte, adaptive Spannsystem.
Empfindliche, weil dünnwandige Halbzeuge, wie Rohre, müssen für eine Bearbeitung besonders schonend eingespannt werden. Übliche Spannsysteme sind dafür nicht immer ideal. Deshalb gibt es jetzt dieses, am Fraunhofer-IPA neu entwickelte, adaptive Spannsystem.
(Bild: IPA)

Dünnwandige Bauteile sind leicht deformierbar und deshalb schwierig zu spannen. Konventionelle Spannsysteme, wie beispielsweise Schraubstöcke, führen dabei nicht selten zu einer Überbelastung der leicht verformbaren Werkstücke. Um ungewollten Beschädigungen durch das Einspannen entgegenzuwirken, sind deshalb auf dem Werkstückumfang gleichmäßig verteilte Spannkräfte anzustreben. Zudem kann mit flexiblen Systemen der Rüstaufwand minimiert und die Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungssystems verbessert werden.

Verfügbare Spannsysteme sind nicht immer ideal

Spannsysteme für diese Anwendung werden beispielsweise bereits von Schunk angeboten. Ein Dreibackenfutter verteilt dabei durch aufsetzbare Pendelstützen die aufzubringende Spannkraft auf eine entsprechend erhöhte Anzahl an Lastpunkten. So wird der verformungsbedingte Rundheitsfehler minimiert. Diese Technologie ist für die spanende Drehbearbeitung verfügbar.

Ein sogenanntes Pendelbackensystem von Schunk, für die flexible Drehbearbeitung von Rundmaterialien. Die Pendelbacken mindern die Gefahr, dass empfindliche Werkstücke deformiert werden.
Ein sogenanntes Pendelbackensystem von Schunk, für die flexible Drehbearbeitung von Rundmaterialien. Die Pendelbacken mindern die Gefahr, dass empfindliche Werkstücke deformiert werden.
(Bild: Schunk)

Eine ebenfalls konventionelle Spannmöglichkeit bietet unter anderem das Unternehmen Kopal an. Bei dieser wird durch eine spannbare Kette die Haltekraft mit hohem Umschlingungsanteil auf den Umfang des Werkstücks übertragen. Im Abschnittsbereich der anliegenden Kette sind die wirkenden Kräfte größtenteils gleich verteilt. Die Bauweise des Kettenspannwerkzeugs wird als Freiformspanner bezeichnet und ist bezüglich des Spannquerschnitts flexibel einstellbar. Nachteilig ist, dass nur im Bereich der anliegenden Kette die Spannkräfte gleichmäßig wirken. In den freien, also nicht unterstützten, Bereichen kann das Bauteil deshalb deformiert werden. Zur Einstellung der Spannlänge kann die Kette flexibel nachgestellt werden.

Ein Formspannsystem mit Kette, wie es von Kopal angeboten wird.
Ein Formspannsystem mit Kette, wie es von Kopal angeboten wird.
(Bild: Kopal)

Notwendigerweise müssen dabei aber auch der Spannhebel und die Formplatte versetzt werden.

Um die empfindlichen Rundkörper sicher und formschlüssig spannen zu können, eigenen sich auch tauschbare Formspannbacken für Schraubstöcke. Diese Bauweise ist jedoch im Hinblick auf den Rüstaufwand und die Flexibilität stark eingeschränkt.

So fixiert ein sogenanntes Formspannsystem sogar nicht gerade einfach zu spannende Werkstücke, weil sie empfindlich sind, oder, wie hier, auch noch eine herausforderne Geometrie haben. Solche Spannsysteme bietet das Unternehmen Matrix an.
So fixiert ein sogenanntes Formspannsystem sogar nicht gerade einfach zu spannende Werkstücke, weil sie empfindlich sind, oder, wie hier, auch noch eine herausforderne Geometrie haben. Solche Spannsysteme bietet das Unternehmen Matrix an.
(Bild: Matrix)

Doch variabel anwendbare Formspannmodule, wie beispielsweise vom Unternehmen Matrix angeboten, ermöglichen durch ein einrückbares Stößelfeld innerhalb der Spannbacken, dass die Werkstückkontur nachgebildet wird, was auch bei runden Bauteilen funktioniert. Bei großen Spannquerschnitten müssen jedoch mehrere Formspannmodule angeordnet werden, wodurch der Spannvorgang komplexer wird und der Rüstaufwand innerhalb der ganzen Spannsituation steigt.

Neuartige Spanntechnik für empfindliches Rundmaterial

Vor diesem Hintergrund haben Forscher des Fraunhofer IPA aus Stuttgart eine einfach zu handhabende Spanntechnik für Rundwerkstücke mit adaptiver Spannweite entwickelt. Der nutzbare Querschnitt für das Spannen kann dabei stufenlos zwischen 10 und 300 Millimeter variiert werden. Die Spannkraft wird auf mindestens acht Spannpunkte verteilt, was von Vorteil ist. Eine noch feinere Unterteilung ist technisch ebenfalls umsetzbar. Die einzelnen Spannbacken werden mechanisch gekoppelt und deshalb synchron geschlossen. Der Verschlussmechanismus wird pneumatisch betätigt. Über diesen kann auch die Spannkraft geregelt werden. Alternative Antriebe, wie beispielsweise ein Zahnkranzgestänge, eine Omegaschlaufe oder hydraulische Konzepte sind ebenfalls machbar.

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