Automatisierung + Standardisierung
Werkstückspannen: Neue Prozessorganisation, Nullpunktspannmodule und konsequente Direktspannung beim Werkzeugbau der Marke Volkswagen
Präzise und schnell spannen
30.05.2012
Nullpunktspannsystem: Spannmittel beeinflussen, wie schnell, präzise und effizient gefertigt wird. Im Werkzeugbau Marke Volkswagen in Wolfsburg sorgen eine neue Prozessorganisation, Nullpunktspannmodule und konsequente Direktspannung dafür, dass der Anteil der Hauptzeiten von 50 auf bis zu 80 Prozent zulegen konnte.
Voll ausgestattet ist das wartungsfreie Edelstahlmodul Vero-S von Schunk.
Der Werkzeugbau Marke Volkswagen fertigt in erster Linie Presswerkzeuge für Außenhautteile, insbesondere für die Seitenteile und Türen unterschiedlicher Modelle. Im Rahmen des Konzepts „Synchroner Werkzeugbau“ hat Volkswagen die konventionelle Inselfertigung mit einer hocheffizienten Fließfertigung abgelöst.
Taktsynchron zu den Anforderungen der Presswerkzeugmontage werden die Gussteile angerissen, geooptisch vermessen und an Vorrüstplätzen auf Nullpunkt-Systempaletten gespannt. Parallel dazu erfolgt die Programmierung der Maschine, die Definition und Bereitstellung der Werkzeuge und schließlich eine Simulation der kompletten Bearbeitung. Im entscheidenden letzten Schritt werden die Gussteile auf neun Deckel-Maho-Universalfräszentren DMU 200 und DMU 340 in einer 5-Seiten-Komplettbearbeitung fertig bearbeitet.
Nach Angaben von Thorsten Tölg, Meister in der mechanischen Fertigung im Werkzeugbau im Bereich Mittelmaschinen bei Volkswagen, ist der externe Rüstvorgang einer der zentralen Schlüsselfaktoren für den Erfolg des Konzepts: „Sämtliche Werkstücke werden außer-halb der Maschinen auf Paletten vorgerüstet. Damit ist es möglich, die Bearbeitungszentren wesentlich effizienter zu nutzen und den Prozess insgesamt hochwirtschaftlich zu gestalten.“ War die Span-zu-Span-Zeit früher rund 2 h, liegt sie heute bei nur noch 15 bis 20 min. Die effektive Hauptzeit ist seit Einführung des Systems von 50 auf bis zu 80 Prozent gestiegen.
Profiwissen pur
Durchgängige Standardisierung
Der Gedanke der durchgängigen Standardisierung, den Volkswagen als erster Automobilhersteller in Form des Plattformkonzepts bei seinen Fahrzeugen einführte, reicht bis in den Werkzeugbau hinein. Die einheitliche Spannlösung und die vom Werkzeugbau selbst entwickelte standardisierte Systempalette kann auf allen Maschinen eingesetzt werden. Der Werkzeugbau Marke Volkswagen kann somit alle Maschinen sehr flexibel bestücken. Die Idee der Standardisierung geht sogar noch weiter: So sind für alle Maschinen einheitliche Werkzeuge definiert, die bereits in der Konstruktionsphase berücksichtigt werden. Zudem wurde die Fertigung von Gewinden und Taschen standardisiert, wodurch der Werkzeugbau fast vollständig auf Sonderwerkzeuge verzichtet. Auf diese Weise ist es möglich, die leistungsfähigen Bearbeitungszentren annähernd identisch, schlank und damit äußerst kosteneffizient auszurüsten.
Aufgrund des einheitlichen Rasters lassen sich die Werkstücke am Rüstplatz in Sekundenschnelle auf die Systempaletten spannen.
Grundlage für diesen Erfolg ist neben der optimalen Prozessorganisation insbesondere das Spannsystem, das in enger Zusammenarbeit zwischen dem Werkzeugbau Marke Volkswagen und Schunk entwickelt wurde. Es basiert auf Modulerhöhungen, die beidseitig mit leistungsdichten Nullpunktspannmodulen ausgerüstet sind, und ermöglicht ein kollisionsfreies Arbeiten, eine definierte Spannsituation und eine komplette Simulation der Bearbeitung.
Spannen in Sekundenschnelle
Wurden die bis zu 2500 x 2200 mm großen Gussteile früher undefiniert mit Spanneisen gespannt, so werden sie heute an der Sohle auf eine Ebene plan gefräst und mit definierten Bohrungen für Spannbolzen versehen. Über die Modulerhöhungen von Schunk lassen sich die Werkstücke in Sekundenschnelle direkt ohne zusätzliche Spannmittel und so ohne Störkonturen auf den Systempaletten spannen.
Die Systempaletten sind eine Eigenentwicklung aus dem Werkzeugbau Marke Volkswagen. Die Paletten sind auf der Oberseite mit einem einheitlichen 200er Lochraster versehen, in das an werkstückindividuell definierten Positionen Spannbolzen eingeschraubt werden. Mit Hilfe der Spannbolzen an der Unterseite lassen sich die Paletten innerhalb kürzester Zeit mit einer Wiederholgenauigkeit <0,005 mm auf sämtliche Maschinen einwechseln.
Die 200 mm hohen Modulerhöhungen von Schunk stellen sicher, dass die Werkstücke auch ohne Sonderwerkzeuge und ohne Gefahr für den Spindelkopf auf allen fünf Seiten präzise bearbeitet werdenkönnen.
Alle BAZ sind mit mehreren Vero-S-NSE-plus-138-Spannmodulen ausgerüstet, die jeweils Haltekräfte von 5 t gewährleisten. Die erhöhte Position der Werkstücke stellt sicher, dass die Teile ohne Gefahr für den Spindelkopf auf allen fünf Seiten komplett bearbeitet werden können.
Wie Tölg bestätigt, ist der komplette Prozess mit der Verlagerung des Rüstvorgangs aus der Maschine heraus effizienter geworden. Die Entscheidung für ein pneumatisch betätigtes Nullpunktspannsystem hat sich nach seiner Meinung als richtig erwiesen. So ist Druckluft zur Betätigung des Systems bereits an jeder Maschine und am Rüstplatz vorhanden. Zudem besteht bei einem pneumatischen Spannsystem keine Verschmutzungsgefahr. Dass Schunk zwischenzeitlich sein Nullpunktspannsystem überarbeitet und eine komplett neue Generation Spannmodule aufgelegt hat, war für Volkswagen ein zusätzlicher Pluspunkt. So verfügt das System Vero-S nun über Einzugskräfte bis 40 000 N, die der Steifigkeit der gesamten Spannlösung zugute kommen. Selbst extreme Querkräfte werden zuverlässig aufgenommen, ohne dass das Werkstück seine Position verändert. Verglichen mit konventionellen Nullpunktspannsystemen sind mit Vero-S daher deutlich höhere Zerspanungsparameter möglich.
In wenigen Minuten werden die gerüsteten Paletten mit einer Wiederholge- nauigkeit < 0,005 mm in die Maschinen eingewechselt.
Wie bei den Vorgängermodulen, zu denen Vero-S voll kompatibel ist, erfolgt die Verriegelung mechanisch über ein Federpaket. Sie ist selbsthemmend und formschlüssig. Dabei werden je nach Modul Haltekräfte bis 75 000 N erreicht. Alle Funktionsteile wie Grundkörper, Spannbolzen und Spannschieber sind nun in gehärtetem Edelstahl ausgeführt. Zusätzlich sind die wartungsfreien Module komplett abgedichtet. Hinzu kommt, dass sich aufgrund der seriengemäßen Ausstattung mit Sperrluft beim Werkstückwechsel keine Späne im Modul festsetzen. Im Werkzeugbau Marke Volkswagen wurden inzwischen sämtliche Mittelmaschinen mit neuen Modulen ausgerüstet.
Nachdem sich Vero-S von Schunk als äußerst zuverlässig und präzise erwiesen hat, gibt es bei Volkswagen bereits Überlegungen, den Prozess noch weiter zu optimieren. So ist es nach Angaben von Tölg denkbar, den Nullpunkt künftig nicht mehr über eine Absteckbohrung zu definieren, sondern die Spannbolzenbohrungen bereits konstruktiv zu berücksichtigen.
