Zerspanung Flexibles Spannfutter für variantenreiche Fertigung

Autor / Redakteur: Frank Heiler / Rüdiger Kroh

Um Pumpen in hoher Qualität herzustellen, ist eine präzise und wirtschaftliche Fertigung der variantenreichen Pumpengehäuse eine Grundvoraussetzung. Beim Umstellen auf eine automatisierte Fertigung ermöglichen hydraulisch betätigte Zweifach-Spannvorrichtung das Bearbeiten von sechs verschiedenen Pumpengehäusen in 27 Varianten.

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Das Zwei-Backen-Kraftspannfutter in der Drehmaschine spannt Werkstücke auch über Vorsprünge hinweg mit hohen Spannkräften.
Das Zwei-Backen-Kraftspannfutter in der Drehmaschine spannt Werkstücke auch über Vorsprünge hinweg mit hohen Spannkräften.
(Bild: Röhm)

Das ständige Hinterfragen und Optimieren aller Fertigungsprozesse gehört bei uns zur täglich gelebten Praxis“, betont Michael Schütz Abteilungsleiter Teilefertigung bei der Schweizer Biral AG. Und so wundert es nicht, dass eine 2011 installierte Lösung zur Herstellung von Pumpengehäusen bereits 2014 durch etwas noch Besseres ersetzt wurde. Heute werden die Pumpengehäuse für die Heizungs-Umwälzpumpen aus dem Biral-Sortiment in Losgrößen zwischen 150 und 8400 Stück automatisiert in einer Fertigungszelle hergestellt, bevor sie in den Montagestationen mit Motoren sowie der Regelungs- und Steuerelektronik verheiratet werden.

Große Modellvielfalt mit zahlreichen Varianten

Im Zentrum stehen dabei zwei Bearbeitungszentren, eine Drehmaschine von DMG sowie eine horizontale Fräsmaschine von Mazak mit Palettenwechselsystem. Die Röhm AG hat dafür federführend die Spannvorrichtung mitentwickelt, konstruiert und einbaufertig hergestellt. Sonderwerkzeuge und Werkzeughalter steuerte Sandvik bei. Drumherum sind die Funktionen Zuführen, Reinigen, Dichtheitsprüfung und Palettieren angeordnet. Für die Anpassung der Automation an den neuen Prozessablauf war die Marti Systeme AG verantwortlich, wobei ein Roboter die Stationen bestückt. Dazu Schütz: „Durch diese Lösung haben wir die Produktivität noch einmal um 17 %, bei einigen Teilen sogar über 20 % gesteigert.”

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Die Maschinen werden per Roboter beladen

Eine Herausforderung in der Gesamtkonzeption stellte das Spannen der asymmetrischen Pumpengehäuse dar, die zudem nur wenige Spannpunkte bieten. „Außerdem sollte die Vielfalt der Modelle und deren Varianten mit je einer Lösung auf den beiden Bearbeitungszentren realisiert werden“, schildert Damiano Casafina, Geschäftsführer der Röhm Spanntechnik AG Schweiz den Anspruch. So sollten sechs verschiedene Modelle von Pumpengehäusen mit 1-Zoll-Gewinde und 120 mm Einbaulänge bis 2-Zoll-Gewinde und 180 mm Einbaulänge in der Zelle automatisch gefertigt werden. Und als ob das nicht reichte, gibt es von den sechs Pumpenmodellen insgesamt 27 Varianten.

Der Roboter greift sich die gegossenen Pumpen-Rohgehäuse aus der Zuführschiene, erkennt deren Lage und positioniert sie lagerichtig auf einer Zuführung, von wo sie von der Drehmaschine entnommen werden. Auf der DMG-Drehmaschine CTV 250 werden die Werkstücke mit dem Zwei-Backen-Kraftspannfutter KFD-G von Röhm mit großem Backenhub, 90° Spitzverzahnung und zylindrischer Zentrieraufnahme gespannt. „Das Futter eignet sich auch zum Spannen von Werkstücken über Vorsprünge hinweg (zum Beispiel Armaturen) und kann dabei trotzdem hohe Spannkräfte einsetzen“, erklärt Casafina. Die Spannvorrichtung packt das Pumpengehäuse sicher von oben. Dazu greifen die Spannbacken über den bauchigen Teil der Gehäuse hinweg und positionieren es mit der Öffnung nach unten. Für die sechs unterschiedlichen Pumpenmodelle hat Röhm sechs Sätze mit schnell wechselbaren Spannbacken beziehungsweise Spannvorrichtungen geliefert. Das senkt die Rüst- und Einrichtungszeiten beim Wechsel auf ein anderes Gehäusemodell.

Nun werden auf der Drehmaschine zunächst die Planfläche und die Innenkonturen gedreht. In die anschließend gebohrten vier Kernlöcher wird dann ein M6-Gewinde geschnitten. Die Drehmaschine ist dafür mit einem Werkzeugrevolver mit zwölf Werkzeugen ausgestattet. Nach dem Ausschleusen der fertig bearbeiteten Gehäuse übergibt der Roboter das Werkstück an das Fräs-Bearbeitungszentrum. Nachdem er mit der freien Greifzange einer doppelseitigen, drehbaren Greifvorrichtung zwei fertig bearbeitete entnommen hat, legt er zwei weitere Werkstücke ein. Auf der Mazak HC Nexus 4000/II werden die Pumpengehäuse zuerst auf die vorgegebene Einbaulänge plangefräst. Danach werden sämtliche vier Anschlussstutzen mit einem Glockenwerkzeug vorgedreht und angefast, bevor sie an der Außenseite mit ein Zollgewinde erhalten. Zuletzt werden die beiden Gewinde noch mit einer kleinen Bürste entgratet und von eventuellen Spänen befreit.

Hydraulische Zweifach-Spannvorrichtung

Was sich so einfach anhört, bedurfte im Vorfeld einiger Überlegungen, damit sich die Werkstücke sicher und gut zugänglich spannen sowie kollisionsfrei bearbeiten lassen. Die Experten von Röhm haben dafür eine drehbare und hydraulisch betätigte Zweifach-Spannvorrichtung in den Abmessungen 500 mm × 300 mm gebaut. Zwei Spannnester sind in X-Form mit 270 mm Abstand angeordnet, um zwei Pumpengehäuse zu spannen. Auf einer massiven Grundplatte ist eine starre Distanzplatte montiert, deren Schnittstelle einen schnellen Wechsel ermöglicht. Auf ihr befinden sich die ebenfalls mit einer zentralen Schraube schnell wechselbaren Werkstückaufnahmen, der Luftanlagekontrollanschluss, die Späneablaufschrägen sowie die Schnittstellen für drei hydraulisch betätigte Schwenkspanner je Seite. Diese spannen die Pumpengehäuse so, dass für Werkzeuge und Greifer der benötigte Freiraum bleibt. Obwohl nur drei Hydraulikzylinder arbeiten, ist auch ein Wechsel auf vier Backen möglich.

Höhere Genauigkeit und längere Werkzeugstandzeiten

Mit fünf weiteren Spannsätzen, bestehend aus gehärteten Spannpratzen mit einem Spannpunkt und mit zwei Spannpunkten, ausgeführt als Pendelwippe sowie lagefixierten Werkstückaufnahmen ist Biral für die Fertigung aller sechs Pumpenmodelle bestens ausgestattet. „Bei der Inbetriebnahme hat man gesehen, wie konsequent und gut die Vorgespräche zu diesen anspruchsvollen Projekten waren“, erläutert Hans-Peter Lehmann, Kundendienstleiter der Schweizer Röhm Spanntechnik AG. Welche Vorteile sich ergeben, schildert Biral-Teamleiter Gehäusefertigung Markus Zenger: „Wir haben mehr Prozesssicherheit. Außerdem können wir jetzt in der gleichen Aufspannung auch die Sensorpartie an unserer neuen Gehäusegeneration fertigen. Das war früher nicht möglich.“ Darüber hinaus berichtet er von höherer Genauigkeit und längeren Werkzeugstandzeiten, weil der Aufbau stabiler ist und weniger Vibrationen wirken. Hinzu kommt, dass mit der gesamten Zelle heute bis zu fünf Stunden mannlose Fertigungszeit möglich sind. MM

* Frank Heiler arbeitet im Marketing der Röhm GmbH in 89567 Sontheim

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