Problem + Lösung
werkstückspannen
Perfekt in Form gebracht
25.05.2010
Formspannsystem: Wie sich eine formschlüssige Spannung im Bereich empfindlicher Fahrzeugteile in Sekundenschnelle realisieren lässt, beweist der Einsatz von Matrix-X-Clamp bei Daimler. Wo früher aufwändig mit Dreipunktauflagen gearbeitet wurde kann heute im Handumdrehen ohne Beschädigungen gespannt werden.
Im Werk Untertürkheim der Daimler AG werden im Bereich Rapid Prototyping Fahrzeugteile für eine spätere Serienproduktion hergestellt. Dabei gilt es Werkstoffe von Aluminium bis hin zu hochwertigem Edelstahl zu bearbeiten. Die Teile sind ebenso komplex wie auch empfindlich in der Werkstückspannung.
Matthias Miller und Bastian Bosl, beide bei Daimler im Bereich Rapid Prototyping beschäftigt, waren früher oft mit dem Problem konfrontiert, wie sie beispielsweise einen unbearbeiteten Spiegelhalter oder einen rohen Ansaugstutzen formschlüssig auf dem 5-Achs-Bearbeitungszentrum einspannen, um die erste Fläche zu fräsen.
Heute rasten sie die X-Clamp-Aufsatzbacken von Matrix einfach in die vorhandenen Schraubstöcke ein. Anschließend erzeugt das formkomplexe Werkstück durch einen leichten Federdruck auf die beweglichen Stößel eine absolut formgerechte Ausmuldung oder Adaption. „In Sekundenschnelle erhalte ich einen Formschluss auf die gegebene, aufwendige Ist-Form des Werkstücks“, bringt es Miller auf den Punkt.
Dosierte Spannung des Werkstücks
Dabei wird die Form mechanisch fixiert – und fertig ist der Formbacken. Nun kann mit dem Schraubstock das Werkstück dosiert gespannt werden. Hinter dem Prinzip des flexiblen Matrix-Stößelsystems steht der Gedanke, mit Hilfe des Werkstücks dessen Auflage direkt zu formen. Gegen den leichten Federdruck der einzeln geführten Stößel erzeugt man mit dem Original-Werkstück durch leichtes Aufdrücken eine absolut formgerechte Ausmuldung. Diese Form wird mechanisch fixiert. Fertig ist eine teilespezifische und stabile Formauflage. Was bisher nur mit aufwändig gefrästen oder abgeformten Auflagen möglich war, ist in Sekundenschnelle erledigt. Während herkömmliche Auflagen nur für ein einziges Werkstück Verwendung finden, passt sich das Matrix-Stößelsystem jedem Werkstück an. Alles wird mit nur einem einzigen Werkzeug fixiert.
„Das Formspannsystem kann beim Spannen komplexer Werkstücke in der Zerspanung oder beim definierten Bereitstellen in automatisierten Fertigungs- und Montageanlagen eingesetzt werden“, skizziert Matrix-Geschäftsführer Hubert Meintrup den Einsatzbereich. „So kann der Fertigungsbetrieb beim Spannen sowie bei der Bereitstellung komplexer Werkstücke in der Montage enorm Zeit einsparen.“ Die Matrix-Systeme sind laut Meintrup äußerst robust, langlebig und zudem selbstreinigend. Das integrierte Sperrluftsystem vereinfach die Wartung bei Bedarf und sorgt für eine zuverlässige Funktion.
Heute sind die Anforderungen an Vorrichtungsysteme für kleine und mittlere Losgrößen vielschichtig. Auf der technischen Seite werden hohe Genauigkeit und Steifigkeit gefordert. Unter den wirtschaftlichen Aspekten ist eine Minimierung der Rüstzeiten anzustreben, meint der Matrix-Geschäftsführer. „Insbesondere bei komplexen Teilegeometrien sind zunehmend flexible Spannsysteme erforderlich.“ Im Prototypenbau bei Daimler kann X-Clamp durch seine hohe Flexibilität, schnelle Umrüstbarkeit und einfache Handhabung punkten. Denn dort sind konstruktive Änderungen an der Tagesordnung und führen oft zu schnell wechselnden Spannsituationen.
„Das X-Clamp-System ist für unsere anspruchsvollen Teile bestens geeignet“, wie Miller und Bosl unisono bestätigen. Durch die Vielzahl der definierten Spannpunkte werden Beschädigungen an der Oberfläche und Form der Werkstücke vermieden. Dies war bei Daimler bisher nur mit aufwändig gefrästen oder gesinterten Formbacken möglich. Die klassische Dreipunktauflage kommt nur noch selten zum Einsatz, da durch den stabilen Formschluss mit X-Clamp die Vibrationen während des Fräsens entfallen und somit die Qualität erhöht wird. „Durch die Einbettung des Werkstücks können wir zusätzliche Anschläge sparen”, bringt es Miller abschließend auf den Punkt.
Problem
- Formkomplexer Halter muss für verschiedene Operationen auf 5-Achs-BAZ gespannt werden
- aufwändige Drei-Spitzenaufnahme mit Spannpratzen und Sonderkonstruktionen realisiert über CAD-Daten des Werkstücks
- Verspannung über individuelle Einstellgrößen
- Sonderkonstruktion für den Betriebsmittelbau
- Keine Übereinstimmung von typenspezifisch gefertigten Formbacken aus Solldaten zum realen Werkstück
- Aufwändige und komplexe Spannvorrichtung mit Störkonturen bei der Bearbeitung
- Umspannen und Neufixieren für nachfolgende Bauteile aus der gleichen Charge
- Vibrationen bei der Bearbeitung
- Erhöhter Werkzeugverschleiß durch Vibrationen des Werkstücks
- Geminderte Zerspanungsqualität und geringeres Zerspanungsvolumen
Lösung
- Stabiles Werkstück-Formspannen mit X-Clamp von Matrix
- Formschluss mit einer Vielzahl von Stützpunkten zur Ist-Form des Werkstücks
- Keine Verspannung durch weiches Anfahren der Stößel an die Werkstückkontur
- Integriertes Messsystem der 5-Achs-Maschine ermittelt die Lage des Werkstücks
- Reduzierung von Konstruktions-, Einfahr- und Rüstzeiten
- Verzicht auf Sonderkonstruktionen
- Sekundenschnelle, konturgerechte Fixierung des Werkstücks
- Werkstück wird schnell und schonend fixiert
- Wegfall von Vibrationen und Erhöhung der Fertigungsqualität
- Schnelles und problemloses Reinigen der Vorrichtung
- Wiederverwendbares, modulares Baukastensystem X-Clamp reduziert bei hoher Variantenvielfalt im Prototypenbau die Rüstzeit um 50 bis 80 Prozent
