Nullpunkt-Spannsystem reduziert beim Fünf-Achs-Fräsen die Rüstzeit um 95%

Ein bedeutender Teil der Produktionskosten wird mit dem Faktor Zeit aufgerechnet. Um den Rüstaufwand bei der Bearbeitung komplexer Bauteile für die Automobilzulieferindustrie deutlich zu reduzieren, suchte die Modellbau Hochstein GmbH & Co. KG nach angemessenen Lösungen – und entschied sich für das Nullpunkt-Spannsystem Garant Zero-Clamp der Hoffmann Group. Das Unternehmen aus Olpe im Sauerland hat sich ganz auf den Modell- und Lehrenbau für die Automobilzulieferindustrie spezialisiert.

Ausschlaggebend für die Suche nach einem Spannsystem war die Inbetriebnahme einer Fünf-Achs-Fräsmaschine, die zur Bearbeitung von Messlehren eingesetzt werden sollte. Anhand dieser Messwerkzeuge können vorgegebene Maße und Formen von Bauteilen auf ihre Maßhaltigkeit überprüft werden. Mit der Fünf-Achs-Fräsmaschine ist Hochstein in der Lage, Bauteile von fünf Seiten in einer Aufspannung zu bearbeiten.

Bei der Bearbeitung der komplexen Messlehren stießen jedoch die herkömmlichen Spannsysteme an ihre Grenzen. Insbesondere Bohrungen im freien Raum und das Bearbeiten von Hinterschnitten erfordern ein adäquates Spannmittel, das einen durchgängigen Fertigungsprozess von allen Seiten ermöglicht.

Konventionelles Spannen macht häufige Umspannungen notwendig

Zur Bewältigung der schwierigen Spannsituation wurde zunächst versucht, das Werkstück mit Hilfe verschiedener Schraubstöcke auf der Maschine zu fixieren. Immer waren jedoch zeitaufwändige Umspannungen notwendig, weil aufgrund der störenden Schraubstöcke nicht jede Seite hinreichend bearbeitet werden konnte. Deswegen griff das Unternehmen auf vier einzelne Spanntöpfe zurück und baute daraus eine Eigenkonstruktion. Damit wurde vorerst erreicht, die Messlehren von allen Seiten in einer Aufspannung zu bearbeiten. Nach kurzer Zeit jedoch war mit dieser Spanntechnik die Genauigkeit der Werkstücke nicht mehr gegeben und es musste eine neue Lösung gesucht werden.

Auf einer Ausstellung der Hoffmann Group wurde das Unternehmen dann auf das Nullpunkt-Spannsystem Zero-Clamp aufmerksam. Dieses wird pneumatisch geöffnet und spannt über ein permanent wirkendes, verschleißfreies Federsystem, das ohne äußere Kraftzufuhr auskommt. Aufgrund dieses Klemmprinzips erreicht das Nullpunkt-Spannsystem eine besonders hohe Haltekraft von 25 000 N.

Vorrichtungswechsel ohne Positionierungs- oder Verkantungsfehler

Zum Lösen der Spannbolzen wird lediglich Druckluft von 5 bar benötigt. Da bei dem System alle Kräfte zur Mitte hin wirken, wird zudem ein hohes Maß an Genauigkeit erreicht. Auch bei Wärmefluss, Verdrehung oder hoher Fertigungstoleranz garantiert der zentrale Nullpunkt eine Wiederholgenauigkeit von weniger als 5 µm. Ein weiterer Pluspunkt ist die hohe Prozesssicherheit des Spannsystems. Vorrichtungen können mühelos gewechselt werden, ohne dass Positionierungs- oder Verkantungsfehler beim Ein- und Ausbau entstehen.

Bei Modellbau Hochstein wurde zunächst eine Basiseinheit mit sechs Spanntöpfen eingesetzt, die auf einer kleinen Maschine installiert wurde. Weil der Probelauf auf der kleinen Maschine sehr erfolgreich verlief, wurden zusätzlich eine große Fräsmaschine und zwei Messmaschinen mit dem Nullpunkt-Spannsystem ausgestattet. Auf diese Weise kann der Fertigungsprozess der Messlehren kurzfristig unterbrochen, das Werkstück auf der Messmaschine überprüft und anschließend zur Weiterbearbeitung wieder aufgespannt werden.

Lästiges Neuausrichten bleibt Modellbauer erspart

Müssen dabei Änderungen an der Messlehre vorgenommen werden, bleiben dem Modellbauer lästiges Neuausrichten und Umspannen erspart. Mit Zero-Clamp lässt sich das Bauteil problemlos wieder in die Ausgangsposition aufspannen und ohne störende Spannvorrichtungen oder Umspannen komplett fertig bearbeiten.

Früher war das Anbringen der Spannmittel ein langwieriger Prozess. Zuerst wurde eine Konsole auf den Tisch geschraubt, darauf die Schraubstöcke angebracht, die wiederum mit einer Messuhr ausgerichtet werden mussten. Dank der vorgerüsteten Paletten trägt das Nullpunkt-Spannsystem zu einer erheblichen Minimierung der Rüstzeiten bei. Am Ende war man bei Modellbau Hochstein selbst überrascht, dass sich der Rüstaufwand tatsächlich um 95% reduziert hatte. Bei durchschnittlich drei bis vier Rüstvorgängen pro Bauteil konnte zudem die Maschinenlaufzeit erheblich gesteigert werden.

Ob Drehen, Fräsen oder Schleifen – das Nullpunkt-Spannsystem lässt sich durch seine unkomplizierte Technik problemlos in alle Anwendungen integrieren. Alle Komponenten bestehen aus rostfreiem oder korrosionsgeschütztem Stahl. Zudem überzeugt das Spannsystem durch seine wartungsarme Instandhaltung: Da es nicht hydraulisch betrieben wird, können auch keine Leckagen entstehen. Werden bei anderen Systemen mehrere Spannbolzen benötigt, um das Werkstück genau auszurichten, kommt Zero-Clamp mit nur einer einzigen Sorte aus.

Die Vorteile des Nullpunkt-Spannsystems zeigen sich vor allem im Prototypenbau sowie bei der Fertigung von Klein- und Mittelserien, also überall dort, wo oft umgerüstet wird. Die Ansicht, dass sich Nullpunkt-Spannsysteme ausschließlich für die Serienbearbeitung eignen, konnte so widerlegt werden.

Enrico Veraldi ist Leiter Marketing Communication bei der Hoffmann GmbH in München.