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Schnell und prozesssicher

CFK-Bauteile für Flugzeuge erfordern serientaugliche Spannkonzepte im Formenbau
Schnell und prozesssicher

Die zunehmende Verwendung von Kohlefaserverbund-Bauteilen im Flugzeugbau wirkt sich auch auf den Formenbau aus. Bereits für einen einzigen Flugzeugtyp ergibt sich schnell ein großer Bedarf an Werkzeugen. Frimo Sontra hat auf Basis der Magnetspanntechnik von Schunk ein Konzept entwickelt, das einen wirtschaftlichen Formenbau in großen Stückzahlen ermöglicht.

Der Autor: Heinold Kostner, Leiter Produkt- & Portfoliomanagement Spanntechnik Lauffen, Schunk GmbH & Co. KG, Lauffen/Neckar

Namhafte Flugzeugbauer, Automobilhersteller und Systemlieferanten aus aller Welt zählen zu den Kunden des Komplettanbieters Frimo Sontra, der vom Engineering, Projektmanagement und Prototyping über die Herstellung von Werkzeugen, Maschinen und Anlagen bis hin zu umfangreichen Servicedienstleistungen ein umfassendes Programm für die Fertigung hochwertiger Kunststoffteile bietet. Ein Spezialbereich ist dabei die automatisierte CFK-Fertigung, bei der mithilfe robotergestützter Anlagen sehr kurze Taktzeiten erzielt werden.
Für Jürgen Fichtner, Fertigungsleiter bei Frimo Sontra, waren bei dem Projekt drei Ziele entscheidend: eine prozesssichere Fertigung, minimale Rüstzeiten und das prozesssichere Einhalten der vorgegebenen Toleranzen über die gesamte Serie hinweg. Eine konventionelle Spannung mit Schraubstock, Spannpalette und Böckchen war allenfalls für die Phase der Prototypenfertigung akzeptabel. Für die spätere Serienfertigung wäre sie nicht denkbar gewesen, zumal die Werkstücke zum Teil dreiseitig in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden sollten.
Magnetspannplatte und einheitliches Raster
Nachdem ein erster Versuch mit Magnetspannplatten eines anderen Herstellers scheiterte, weil die Haltekräfte nicht ausreichten, holte Frimo Sontra den Spezialisten für Spanntechnik und Greifsysteme Schunk mit ins Boot. Magnos-Quadratpolplatten mit Polgröße 50 x 50 mm und einem dichten Magnetfeld brachten schließlich die Lösung. „Bei dieser Spannlösung waren die Haltekräfte anfänglich so hoch, dass sich die Bauteile nach der Bearbeitung aufgrund der Adhäsionskräfte kaum mehr von der Magnetspannplatte lösen ließen“, so Fichtner. In enger Zusammenarbeit mit Schunk wurden die Haltekräfte mithilfe feststehender, geschliffener Polverlängerungen so reguliert, dass sich beim Fräsen prozesssicher Schnittgeschwindigkeiten von 12 m/min realisieren ließen. Taschenförmige Ausnehmungen an der Oberseite der Verlängerungen verringerten die Adhäsionskräfte und gewährleisteten, dass sich die Bauteile nach der Bearbeitung schonend von der Magnetspannplatte abnehmen ließen.
Um den Rüstaufwand und damit die Nebenzeiten möglichst gering zu halten, entwickelte Frimo Sontra über alle Bauteile und Größen hinweg ein einheitliches Raster aus Passbohrungen, Stiftbohrungen und Passnuten, das eine präzise Ausrichtung der Teile ermöglicht und zugleich über die Stiftbohrungen einen fixen Nullpunkt definiert. Da die Halbzeuge bereits vom Lieferanten mit definierten Passnuten versehen wurden, konnte Frimo Sontra ohne zusätzliche Prozessschritte unmittelbar mit der Präzisionsbearbeitung starten. „Die Kombination aus Magnetspannplatte und Raster machte es möglich, den Aufwand fürs Schlichten, Schleifen und Messen auf ein Minimum zu reduzieren“, erläutert Fichtner.
Optimale Zugänglichkeit
Die elektropermanente Quadratpol-Magnetspanntechnik ist eine nahezu idealtypische Spannlösung für Bearbeitungszentren. Mit ihr sind Werkstücke optimal zugänglich und lassen sich in einer Aufspannung von fünf Seiten bearbeiten. Das ferromagnetische Werkstück wird aufgelegt, die Magnetspannplatte per Strom aktiviert und innerhalb von Sekunden sorgt der Elektropermanentmagnet für dauerhaft sicheren Halt. Vergleichsmessungen bei Anwendern zeigen, dass mithilfe der Magnetspanntechnik zwischen 30 und 50 % der Rüstzeiten eingespart werden können. Weil die Stillstandzeit der Maschinen deutlich sinkt und die Werkstückbearbeitung wesentlich effizienter ist, amortisieren sich die Investitionskosten für eine Magnetspannlösung in der Regel schon innerhalb kurzer Zeit. Hinzu kommt, dass die flächige Spannung Vibrationen minimiert und die Werkzeugschneiden schont. Werden, wie bei Frimo Sontra, hochwertige Werkzeuge verwendet, senkt die Magnetspanntechnik also quasi nebenbei die Werkzeugkosten und verbessert zugleich die Oberflächenqualität.
Weil sich Magnos unabhängig von der jeweiligen Maschine zum Fräsen einsetzen lässt, wird das Spannsystem des innovativen Familienunternehmens gerne auch als ergänzende Spannlösung verwendet. Installation und Inbetriebnahme sind denkbar einfach gelöst, sodass auch Maschinenbediener, die keine Erfahrung mit elektrischen Modulen haben, auf Anhieb mit dem Spannsystem zurechtkommen. Die Magnetspannplatte wird dazu lediglich auf dem Maschinentisch fixiert und über einen versiegelten Schnellverschluss mit der robusten Steuereinheit verbunden. Aktivieren und deaktivieren lässt sie sich einfach und zuverlässig per Knopfdruck. Weil im gespannten Zustand kein Strom fließt, kann das Kabel unmittelbar nach der Aktivierung wieder abgekoppelt und während der Bearbeitung außerhalb des Maschinenraums abgelegt werden. Erst zum Ausspannen wird die Magnetspannplatte wieder mit der Steuerung verbunden.
Pro Woche bis zu 60 Formpaare
Frimo Sontra hat das Projekt nach nur neun Monaten abgeschlossen. Bei Laufzeiten zwischen 4,5 und 16 h je Werkzeugsatz wurden auf drei Bearbeitungszentren im 3-Schichtbetrieb pro Woche jeweils 50 bis 60 Formenpaare gefertigt. Aufgrund des effizienten Rüstvorgangs war es möglich, dass alle drei Maschinen von einem einzigen Mitarbeiter bedient wurden, ohne dass es zu größeren Stillstandzeiten kam. Aufgrund der flächig wirkenden Magnetspannlösung und spezieller Werkzeuge war es möglich, die geforderte Toleranz sowie die Rautiefe über die gesamte Serie einzuhalten. I

Info & Kontakt
Schunk
Heinold Kostner, Leiter Produkt- & Portfoliomanagement Spanntechnik Lauffen
Tel.: 07133 103-2715
Detaillierte Informationen zu den Magnetspannplatten mit Quadratpoltechnik
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