XXL-Tetris: Magnetspannlösung von Schunk für Portalmaschinen

Mit einem hochflexiblen Spannkonzept revolutioniert der Kärntner Maschinenbauspezialist Kostwein an seinem Standort Varaždin in Kroatien die Aufspannung großformatiger Schweißrahmen. Wo bislang jede Menge Erfahrung, Geduld und Fingerspitzengefühl erforderlich waren, verschlankt die Magnetspannlösung von Schunk den Rüstprozess und gewährleistet auf Anhieb eine deformationsarme Spannung.

Wenn Maschinenbediener Daniel Varga die Schunk-Magnos-Spannwürfel und -quader mit bloßer Hand auf dem blanken Maschinentisch verschiebt, erinnert das an Tetris im XXL-Format. Was spielerisch wirkt, hat für die betriebliche Praxis elementare Vorteile: Wo bislang Messuhren, Spannpratzen, Pendelauflagen, Unterlegklötzchen und -bleche zum Einsatz kamen, werden heute einfach die Spannblöcke positioniert, nach unten magnetisch auf den Maschinentisch gespannt und oben die Schweißkonstruktionen aufgelegt.

Ein Knopfdruck genügt, schon passen sich die beweglichen Polverlängerungen an die mehrere Meter langen Bauteile an und spannen diese verzugsarm, ohne die Zugänglichkeit einzuschränken. Auf 60 bis 70 Prozent taxiert Werkleiter Josef Malle die Einsparungen bei den Rüstzeiten – ein klarer Vorteil bei der Positionierung von Kostwein als schnellster Zulieferer im Bereich der hochpräzisen Großteilebearbeitung.

Einfaches Verschieben bringt Flexibilität

In der Regel bewegt sich die Länge der Schweißrahmen, die Kostwein bearbeitet in einem Bereich von 2.000 bis 7.500 Millimeter; die Breite liegt bei bis zu 2.500 Millimeter. Maximal sind Teilelängen bis 12.000 Millimeter möglich. Abhängig von der Größe liegen die herstellungsbedingten Abweichungen bei bis zu sieben Millimeter auf die Gesamtlänge. „Die beweglichen Polverlängerungen der Magnetmodule gleichen diese Unebenheiten automatisch aus, sodass wir bei den Schweißrahmen zuverlässig Toleranzen von wenigen Hundertstel einhalten“, so Josef Malle.

„Die Bediener müssen nichts mehr unterlegen und die Spannblöcke lassen sich ganz leicht manuell an jede beliebige Position des Maschinentischs verschieben, sodass eine größtmögliche Flexibilität gewährleistet ist.“ Auf diese Weise können unterschiedlichste Bauteile zügig gespannt und präzise bearbeitet werden. Schunk-Magnos-Quadratpolplatten gelten bis heute als Geheimtipp für die Zerspanung ferromagnetischer Werkstücke.

Zur Bearbeitung wird das Werkstück einfach aufgelegt, ausgerichtet und die Magnetspannplatte über einen kurzen Stromimpuls aktiviert. Innerhalb von Sekunden sorgt der Elektropermanentmagnet für sicheren Halt, ohne dass anschließend eine weitere Energiezufuhr erforderlich ist. Je mehr Pole das Werkstück abdeckt, desto größer ist die magnetische Haltekraft.

Diesen Effekt macht sich das Team bei Kostwein gleich doppelt zunutze: Es verwendet die Magnettechnologie sowohl nach oben zur Spannung der Werkstücke als auch nach unten zur flexiblen Platzierung der Spannlösung auf dem Maschinentisch. Anhand des Teilespektrums wurde in enger Abstimmung mit Schunk die Größe und Anzahl der Spannblöcke definiert.

Hier hat sich ausgezahlt, dass der Experte für Greifsysteme und Spanntechnik bereits in anderen Projekten Erfahrungen mit dem Prinzip der doppelseitigen Magnetspannung gesammelt hatte. Letztlich waren zwei Formate ausreichend: Quader mit annähernd quadratischer Grundfläche (300 Millimeter x 315 Millimeter) und Quader mit rechteckiger Grundfläche (600 Millimeter x 315 Millimeter).

Um die Magnetspannlösung prozesssicher einsetzen zu können, wurde der Maschinentisch der Correa Fox M Portalfräsmaschine komplett mit einer Platte abgedeckt und überfräst, sodass eine plane Fläche ohne T-Nuten und Bohrungen entstand, auf der die Spannblöcke ganz einfach von Hand verschoben werden können. Federgelagerte Kugelleisten an der Unterseite heben die Spannquader automatisch um 1,5 Millimeter an, sobald die untere Magnetspannung gelöst wird.

„Früher gab es häufig Probleme mit Kühlschmiermittel und Spänen in den T-Nuten des Maschinentischs. Heute wird der Tisch einfach mit Besen und Schieber sauber gewischt. Die Lösung ist auf das Maximum optimiert“, berichtet Malle begeistert.

Um auch weiterhin konventionell spannen zu können, steht eine Lochrasterplatte bereit, die bei Bedarf auf den Magnetquadern gespannt wird. „So lassen sich auch Edelstahlteile problemlos spannen und auf der Maschine bearbeiten“, ergänzt der Werkleiter.

Der anfänglichen Zurückhaltung aufseiten der Mitarbeiter war man bei Kostwein aktiv begegnet: „Bislang waren die Schweißrahmen auf allen Seiten abgefangen worden, also nicht nur unten. Insofern war es nachvollziehbar, dass viele zunächst kritisch waren, ob die Spannlösung funktioniert“, erinnert sich Malle.

Daher habe man vor der Investition reale Tests auf Schunk-Magnetspannplatten gefahren. „Am Ende wollten die Mitarbeiter in Österreich, wo der Test stattfand, die Magnetspannplatten gar nicht mehr hergeben, so überzeugend war das Ergebnis.“ Mit der Lösung erspart sich Kostwein zudem die digitale Aufbereitung von komplexen Vorrichtungsaufbauten, um diese im Maschinensimulator sichtbar darzustellen und mögliche Kollisionen abzufangen.

System ist aus Betrieb nicht mehr wegzudenken

Mittlerweile ist das System aus dem täglichen Betrieb nicht mehr wegzudenken, zumal es sich ohne Kran handhaben lässt. Damit bei der Bearbeitung keine Schwingungen entstehen, hatte man in Versuchsreihen den idealen Abstand zwischen den Spannblöcken ermittelt.

Grundlage für das jeweilige Spannquadermuster ist jeweils ein Aufspannplan, der von der NC-Abteilung bereitgestellt wird. Da jedes Teil individuell angetastet wird, genügt es, die Spannblöcke mithilfe eines Maßbandes grob zu positionieren.

„Drei Millimeter Versatz oder eine Koordinatendrehung spielen keine Rolle und werden automatisch von der Maschine ausgeglichen“, erläutert Malle. Die anfängliche Überlegung, ein Raster in den Maschinentisch zu gravieren, habe man schnell fallen lassen, nachdem klar wurde, dass die Positionierung der Module ganz einfach mithilfe eines Rollmeters möglich war.

Anhand der Statusanzeige kann der Bediener jederzeit den Spannzustand der oberen und unteren Magnetspannplatte eines Spannblocks ablesen, selbst wenn die Magnetspannplatte zur Bearbeitung von der Steuerung abgekoppelt wurde. Mithilfe einer mehrstufigen Haftkraftregulierung lassen sich die Teile ausrichten und innerhalb von Sekunden über einen kurzen Stromimpuls deformationsfrei spannen. Nach der Aktivierung des Permanentmagnets ist keine weitere Energiezufuhr erforderlich, sodass das Kabel zu Ansteuerung direkt wieder entfernt werden kann.

In der Praxis hat sich das Spannsystem bestens bewährt – sowohl in Bezug auf die deformationsarme Aufspannung als auch in Bezug auf den Rüstvorgang. Dass nach mehreren Monaten Einsatz im Dreischichtbetrieb kein Abrieb an den Kugeln erkennbar sei, spreche nach Ansicht von Malle erst recht für die Lösung. Wichtig sei, den Maschinentisch mit dem Besen oder Schieber abzuziehen, bevor die Spannblöcke bewegt werden.

Doch was geschieht, wenn es doch einmal zu einem Schaden an den Kugeln kommen sollte? „Dann“, so Schunk-Fachberater Christian Schlintl, „lassen sich die standardisierten Rollblockschienen des durchdachten Spannsystems jederzeit tauschen.“

Quelle: Schunk GmbH & Co. KG