Retrofit mit Greifsystemen und Spanntechnik

Immer kürzere Produktlebenszyklen, der Trend zur Automatisierung sowie Entwicklungssprünge im Bereich der Peripherie führen dazu, dass einzelne Prozesse sowie ganze Maschinen- und Anlagenkonzepte heute weit früher zur Disposition stehen als es noch vor einigen Jahren der Fall war. Um mit dem Markt Schritt zu halten, bietet insbesondere das Equipment jede Menge Potential für ein effizientes Retrofit. Vor allem im Bereich der Greifsysteme und Spanntechnik schlummern etliche Möglichkeiten, um mit vergleichsweise geringen Investitionen die Haupt- und Nebenzeiten zu verkürzen, die Prozessstabilität zu erhöhen oder bei Werkzeugen Kosten einzusparen.


Bild 1 Das Prinzip der Direktspannung mit Schunk-„Vero-S“ gewinnt wie hier beim Retrofit im Maschinenbau zunehmend an Bedeutung (links). Der Vero-S WDB-Baukasten für die Werkstückdirektspannung eignet sich ebenfalls zum Retrofit. Er ermöglicht im Werkzeug- und Formenbau beste Zugänglichkeit und eine definierte Spannsituation.

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Das Prinzip der Direktspannung mit Schunk-„Vero-S“ gewinnt wie hier beim Retrofit im Maschinenbau zunehmend an Bedeutung (links). Der Vero-S WDB-Baukasten für die Werkstückdirektspannung eignet sich ebenfalls zum Retrofit. Er ermöglicht im Werkzeug- und Formenbau beste Zugänglichkeit und eine definierte Spannsituation.

In Zeiten des Target Costings, der Digitalisierung und Mechatronisierung erlebt der Begriff des Retrofit einen grundlegenden Wandel. Kaum ein Betrieb kann es sich heute noch leisten, Anlagen so lange zu nutzen, bis sich Ausfälle und Reparaturen häufen, Qualitäten nicht mehr stabil zu halten sind und letztlich reagiert werden muss. Wer sich heute am Markt behaupten will, nutzt stattdessen proaktiv Instrumente des Total Productive Managements, um Verluste und Verschwendung jeglicher Art zu vermeiden und die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen. Vor allem das Retrofit hat in diesem Zusammenhang spürbar an Bedeutung gewonnen, denn im Gegensatz zu Neuinvestitionen punktet das Retrofit mit geringeren Investitionen, kurzen Ausfallzeiten, einem gleichbleibenden Raumbedarf und geringem Schulungsaufwand. Hauptziele sind neben der Einhaltung gesetzlicher Vorgaben vor allem die Steigerung der Produktivität und Prozessstabilität sowie eine Minimierung der Rüstzeiten und Kosten, beispielsweise von Energie, Werkzeugen oder ungeplanten Maschinenausfällen. Gerade das Equipment bietet hervorragende Ansatzpunkte für ein wirkungsvolles Retrofit, denn unter Kosten-Nutzen-Aspekten rangieren moderne Greifsysteme und Spannmittel bei der Modernisierung von Maschinen und Anlagen ganz an der Spitze.

Störkonturfreie 5-Seitenbearbeitung

Gerade im Bereich der Fertigung gilt Schunk als Vorreiter, wenn es um wirkungsvolle Upgrades bestehender Werkzeugmaschinen geht. Bewusst kombiniert Schunk das fortschrittliche Nullpunktspannsystem „Vero-S“ (Bild 1, links) mit einer Vielzahl anderer Spannmittel zu einem stattlichen Baukastensystem für die hocheffiziente Werkstückspannung. Über 1000 Kombinationsmöglichkeiten umfasst das Programm. Es reicht von hocheffektiven Modulerhöhungen für die Werkstückdirektspannung über mehrseitige Spanntürme, Spannpaletten, pneumatische und hydraulische Spannblöcke, Doppel- und Multifunktionsspanner bis hin zu Backenfuttern, Magnetspannlösungen sowie Modulen für die Drehbearbeitung.

Hochkompatibel deckt das Systemprogramm unzählige Anwendungen ab. So erzielen Anwender aus dem Maschinenbau bei der Einzelteil- und Kleinserienfertigung mithilfe des Baukastenprogramms Rüstzeitreduzierungen von durchschnittlich 60 bis 80 %. Selbst beim Erodieren profieren Anwender dank hermetischer Abdichtung der Spannmodule von deutlichen Rüstzeitersparnissen auf nachgerüsteten Maschinen. Speziell für den Werkzeug- und Formenbau bietet Schunk seit kurzem ein Systemprogramm für die Werkstückdirektspannung an, das sich zur Nachrüstung auf T-Nutenplatten, Rasterplatten und Vero-S-Spannstationen eignet. Mithilfe von WDB Basis-, WDS Stapel- und WDN Direktspannmodulen (Ø 99 mm), die flexibel zu Spannsäulen in unterschiedlichen Höhen kombiniert werden können, lassen sich Formplatten, Freiformteile und andere Werkstücke in Sekundenschnelle direkt spannen (Bild 1, rechts). So ist eine 5-Seitenbearbeitung mit optimaler Zugänglichkeit möglich. Unabhängig von der Höhe der Spannsäulen werden die Direktspannmodule über eine zum Patent angemeldete Medienübergabe mit Druckluft versorgt. Zudem kann die Werkstückanwesenheit abgefragt werden. Die Spann- säulen gewährleisten eine definierte Spannsituation, eine zuverlässige Simulation und eine kollisionsfreie, hocheffiziente Zerspanung. Hinzu kommt, dass Werkstückänderungen aufgrund der hohen Genauigkeit der Spannlösung in kurzer Zeit realisiert werden können: Hierfür werden die Teile einfach anhand des vorliegenden Rüstplans präzise aufgespannt und erneut bearbeitet. Anwendungen aus der Automobilindustrie zeigen, dass die Span-zu-Span-Zeit bei der Fertigung von Presswerkzeugen für Außenhautteile mithilfe der Direktspannung von rund zwei Stunden auf 15 bis 20 Minuten gesenkt werden kann.

Beschleunigter Backenwechsel bei Drehfuttern

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Mithilfe der „Pronto“ Schnellwechseleinsätze von Schunk lässt sich der Spannbereich konventioneller Dreh- futter in Sekundenschnelle um bis 55 mm erweitern, ohne dass die Trägerbacke versetzt werden muss.

Im Bereich der Drehtechnik haben sich seit langem Drehfutter mit Backenschnellwechselsystem im Retrofit bewährt, beispielsweise das leistungsfähige Handspannfutter Schunk Rota-S plus 2.0. Damit nicht genug: Mit dem nachrüstbaren Backenschnellwechselsystem „Pronto“ (Bild 2) hat Schunk den Effekt des hoch- effzienten Backenschnellwechsels unmittelbar auf die Spannbacken über-tragen. Das System lässt sich auf allen 3-Backenfuttern der Baugrößen 200, 250/260 und 315 sowie auf diversen 2-, 4- und 6-Backenfuttern nachrüsten. Es senkt die reine Rüstzeit für einen kompletten Backensatz auf gerade einmal 15 Sekunden – rund 95 % weniger als bei herkömmlichen geschraubten Lösungen. Anwender berichten auf konventionellen Drehfuttern in der Weichbearbeitung bei rund sechs Rüstvorgängen pro Schicht von einer Stunde Rüstzeitersparnis pro Tag – und dies mit einem vergleichsweise geringen Invest. Schunk Pronto Trägerbacken gibt es in zwei Varianten: Zum einen spitzverzahnt (1/16’’ x 90° oder 1,5 mm x 60°) als Rüstzeitminimierer für konventionelle Drehfutter, zum anderen gerade verzahnt, um die Möglichkeiten des Pronto-Systems auch auf modernen Schnellwechselfuttern zu realisieren. Die Trägerbacken lassen sich mit unterschiedlichsten Schnellwechseleinsätzen, wie etwa weichen Backen, Krallenbacken oder Prismenbacken, kombinieren. Über die Schnellwechselein-sätze kann der Spanndurchmesser bei der Spannung runder Teile mit weichen Backen um bis zu 55 mm, mit Krallenbacken um bis zu 45 mm erweitert werden, ohne dass die Grundbacke versetzt werden muss – achtmal mehr als bei herkömmlichen Drehfuttern. Prismenbacken wiederum ermög- lichen eine maximale Flexibilität bei der Werkstückgeometrie, sei es bei der Spannung von Roh- und Fertigteilen, Flanschen, Stangen, 4-Kant oder Freiformflächen. Zum schnellen und wiederholgenauen Backenwechsel genügt es, die Verriegelung des Wechseleinsatzes mit einem Sechskantschlüssel zu lösen, den Einsatz zu entnehmen und durch einen anderen zu ersetzen. Passend zur jeweiligen Anwendung stehen unterschiedliche Trägerbackenvarianten für kleine, mittlere und große Spannbereiche zur Wahl. Mit dem Pronto-Konfigurator, der kostenlos erhältlich ist, werden die Auswahl und Positionierung der Trägerbacken und Wechseleinsätze zum Kinderspiel. Nach Eingabe des Futtertyps und des Werkstückdurchmessers ermittelt das Tool auf Knopfdruck die erforderlichen Wechseleinsätze und die korrekte Position der Trägerbacken.

Effizientes Upgrade bei Werkzeughaltern

Spätestens seit Schunk das preisleistungsoptimierte Hochleistungs-Hydro-Dehnspannfutter „Tendo E compact“ auf dem Markt gebracht hat, gewinnt das Thema Retrofit auch in der Werkzeugspannung rasant an Bedeutung. Seither ist es möglich, beinahe das komplette Spektrum an Bearbeitungen kostengünstig mit einem Hydro-Dehnspannfutter abzudecken.

Trocken gespannt überzeugt die Aufnahme bei Ø 20 mm mit Drehmomenten bis 900 Nm. Bei Ø 32 mm sogar bis 2000 Nm, 60 % mehr als konventionelle Hydro-Dehnspannfutter. Zugleich verfügt es über eine dauerhaft präzise Rundlaufgenauigkeit von < 0,003 mm bei einer Ausspannlänge von 2,5 x D und einer Wuchtgüte bei HSK-Aufnahmen von G 2.5 bei 25 000 min-1. Damit eignet es sich sowohl fürs Schlichten und Schruppen als auch fürs Bohren, Gewinden und Reiben. Hinzu kommt ein sekundenschneller Werkzeugwechsel mit dem Sechskantschlüssel. Eine systematisch angelegte Studie des wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), in der das Verhalten unterschiedlicher Werkzeugaufnahmen beim Fräsen von Voll- und Halbnuten untersucht wurde, hat im Jahr 2015 gezeigt, dass das Hochleistungs-Hydro-Dehnspannfutter Tendo E compact bis zu 300 % längere Werkzeugstandzeiten ermöglicht als andere Spannsysteme. Bei identischer Zerspanleistung lassen sich also bis zu zwei Drittel der Werkzeuge einsparen.

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„Tendo Slim 4ax“ ist das weltweit erste Hydro-Dehnspanfutter mit genormter Warmschrumpfkontur. Es punktet im Retrofit mit einer einfachen Handhabung, kurzen Rüstzeiten und langen Werkzeugstandzeiten.

Seither nutzen zahlreiche Anwender das Futter zur Standardisierung ihres Werkzeughalterprogramms auf vorhandenen Maschinen. Mit „Tendo Slim 4ax“ schickt Schunk ganz aktuell ein neues Highlight auf den Markt. Tendo Slim 4ax (Bild 3) vereint die vollständige Außengeometrie von Warmschrumpfaufnahmen nach DIN 69882-8 mit den überzeugenden Qualitäten der Schunk-Hydro-Dehnspanntechnik und entwickelt seine Stärken beim störkonturnahen Bohren, Senken, Reiben und Gewinden in 5-Achs-Zentren. Indem die Belastungen der Querschneide und der Schneidecke reduziert werden, sind erheblich längere Standzeiten möglich. Zudem profitieren Anwender von exakten Stich- maßen und einer sehr hohen Präzision am Werkstück. Insbesondere in der Automotive-Industrie verspricht die Aufnahme erhebliche Potentiale beim Retrofit auf vorhandenen Maschinen. Da Tendo Slim 4ax konventionelle Warmschrumpffutter per Plug-&-Work ersetzen kann, ohne dass eine Umprogrammierung der Außenkontur erforderlich ist, können die Vorteile unmittelbar in realen Anwendungen getestet bzw. dauerhaft genutzt werden.

Mechatronisierung von Greifsystemen

In der Automation bahnt vor allem der Erfolg mechatronischer Greif- systemkomponenten neue Wege im Retrofit. Spätestens seitdem für den Einsatz mechatronischer Greifer, Linearachsen und Greif-Schwenkmodule kaum noch mechatronisches Know-how erforderlich ist, werden in die Jahre gekommene pneumatische Komponenten immer häufiger eins zu eins durch verschleißarme und energieeffiziente mechatronische Komponenten ersetzt. Der größte Vorteil ist ohne Zweifel die hohe Flexibilität: Position, Hub, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft bzw. Drehmoment können individuell geregelt werden. Damit ist es möglich, mechatronisch ausgerüstete Anlagen innerhalb kürzester Zeit auf neue Teilespektren anzupassen. So wächst zum einen die Flexibilität innerhalb von Handhabungs- und Montageprozessen, zum anderen entstehen erhebliche Spielräume bei der Einführung neuer Produkte, Baugrößen oder Ausstattungsvarianten. Gerade unter dem Aspekt der wachsenden Variantenvielfalt erschließen mechatronikbasierte Retrofits jede Menge neue Potentiale. Hinzu kommt, dass elektrisch angetriebene Greifsystemkomponenten bei Anwendungen mit hohen Zyklenzahlen und vielen Greifvorgängen meist energie- und damit kosteneffizienter arbeiten als ihre pneumatischen Pendants. Sie reduzieren die Verbrauchskosten und wirken sich positiv auf die CO2-Bilanz aus. Selbst wenn die Anfangsinvestitionen für mechatronische Module noch über denen pneumatischer Komponenten liegen, hat sich die Amortisationszeit aufgrund der rückläufigen Einstandspreise und der Einsparungen bei den Betriebskosten mittlerweile deutlich verringert. Auch in puncto Leistung brauchen die smarten Module den Vergleich mit pneumatischen Lösungen nicht mehr zu scheuen.

Plug & Work

Bild 4 In dieser Anwendung wurden pneumatische Linearmodule durch die lineardirekt angetriebene ELP-Linearachse von Schunk ersetzt. Das Ergebnis sind deutlich reduzierte Erschütterungen, ein minimierter Verschleiß der eingesetzten Komponenten und eine Verkürzung der Taktzeit.

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In dieser Anwendung wurden pneumatische Linearmodule durch die lineardirekt angetriebene ELP-Linearachse von Schunk ersetzt. Das Ergebnis sind deutlich reduzierte Erschütterungen, ein minimierter Verschleiß der eingesetzten Komponenten und eine Verkürzung der Taktzeit.

Bestes Beispiel ist das clevere 24-V-Linearmodul ELP für dessen Einsatz weder mechatronisches Know-how noch Platz im Schaltschrank erforderlich sind (Bild 4). Antrieb, Steuerung und eine speziell entwickelte Auto- Learn-Technologie sind vollständig in das Modul integriert. Nach zwei bis fünf Hüben ist die automatische Programmierung abgeschlossen. Ändert sich das Teilegewicht im laufenden Prozess, passt die Achse ihr Bewegungsprofil innerhalb weniger Hübe automatisch an. Es müssen also weder wie bei pneumatisch gesteuerten Modulen Drosseln eingestellt noch wie bei elektrisch gesteuerten Modulen neue Verfahrsätze aufgespielt werden. Da die kompakten Einheiten ohne hydraulische Stoßdämpfer auskommen, verringern sich der Inbetriebnahme- und der Wartungsaufwand auf nahezu Null.

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Kompakt, flach und einfach anzusteuern: Der Kleinteilegreifer EGP bietet ausgezeichnete Voraussetzungen für ein wirtschaftliches Retrofit.

Zudem ist ausgeschlossen, dass bei defekten Dämpfern Schäden und lange Ausfallzeiten an der Anlage entstehen. Hingegen punkten die elektrischen Achsen mit einer langen Lebensdauer, geringen Betriebskosten, deutlich reduzierten Geräuschemissionen und einer hohen Prozessstabilität. Im Bereich der elektrischen Greifer hat Schunk mit dem elektrischen Kleinteilegreifer EGP vorgelegt und innerhalb kurzer Zeit viele positive Feedbacks erhalten – insbesondere auch beim Retrofit (Bild 5). Dort punktet der Kleinteilegreifer mit seiner flachen Bauweise, einer einfachen Ansteuerung via digitale I/O sowie einer in vier Stufen einstellbaren Greifkraft. Werden pneumatische Kleinteilegreifer durch den EGP ersetzt, kommen weitere Vorteile hinzu. So kann je nach Anwendung auf Ventilinseln und Pneumatik-Durchleitungen verzichtet werden. Mehr noch: Im Vergleich zu pneumatischen Modulen fällt beim EGP der Peak-Wert, also die kurzzeitige Kraftspitze beim Schließen des Greifers, wesentlich geringer aus. In Verbindung mit der einstellbaren Greifkraft lassen sich im Rahmen eines Retrofits bei nachgiebigen Teilen Deformationen deutlich minimieren.

Dass auch das „Greifer-Flaggschiff“ „PGN-plus“ von Schunk als smarte Mechatronikversion angeboten wird, ist mehr als konsequent. Wie sein Vorbild verfügt auch er über eine modifizierte Vielzahnführung zur Aufnahme hoher Momente, über durchgängige Schmierstofftaschen in der Führungskontur sowie über die bewährte Schrägzugkinematik mit einer hohen Flächenabdeckung in allen Hublagen. Den Wechsel von pneumatischen auf elektrische Komponenten macht der mechatronische Universalgreifer mit seinem „Easy-to-use“-Konzept besonders leicht: Zum einen verfügt er über das identische Anschraubbild wie sein pneumatisches Pendant, zum anderen wird der 24-V-Greifer über digitale I/O angesteuert.

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Kontakt
Schunk GmbH & Co. KG Spann- und Greiftechnik
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Tel.: 0 71 33/1 03-0
E-Mail: info@de.schunk.com
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