Zeltwanger Maschinenbau konzentriert sich auf Aufträge, die andernorts nicht oder nicht zuverlässig in der geforderten Qualität produziert werden können: Highend-Komponenten und -Baugruppen für die Branchen Automotive, Optische-Industrie, Halbleiter-Industrie, Medizintechnik, Werkzeugmaschinen und Pharmaverpackung. Eine derart fokussierte Strategie erfordert jede Menge Know-how, einen Maschinenpark, der dauerhaft und reproduzierbar höchste Standards gewährleistet und last but not least passende Spannmittel.
Letztere müssen die Prozesssicherheit gewährleisten, die Stillstandzeiten auf den stundensatzintensiven Highend-Maschinen minimieren und sie sollten zudem die Mitarbeiter entlasten, die tagein, tagaus um jeden Mikrometer kämpfen. Ein Blick in die Tübinger Fertigung von Zeltwanger lässt keine Zweifel: die 5-Achs-Portalfräsmaschine DMU 210 µPrecision zählt aus technologischer Sicht zum Feinsten, was der Markt zu bieten hat. Weltweit gibt es von diesem hochpräzisen 40 Tonner mit einer maximalen Tischbeladung von 5000 kg, einer Positioniergenauigkeit 4 µm und einer volumetrischen Genauigkeit 20 µm kaum mehr als ein Dutzend. Dafür sorgen unter anderen die 500 Stunden handgeschabten Führungsan- und -auflagen, sowie die individuelle Temperaturkompensation VCS. Entsprechend sorgsam geht man damit um: Herausfordernde Schruppbearbeitungen werden möglichst anderen Maschinen überlassen, unter anderem einer zweiten DMU 210 ohne Präzisionspaket.
Freie Zugänglichkeit durch Direktspannung
Zur Spannung der hochpräzisen Bauteile nutzt Zeltwanger den Systembaukasten Vero-S WDP-5X, der unter der früheren Bezeichnung Vero-S WDB am Markt bekannt ist. Mithilfe von Schunk WDB Basis-, WDS Stapel- und WDN Direktspannmodulen (Ø 99 mm), die flexibel zu Spannsäulen in unterschiedlichen Höhen kombiniert werden können, lassen sich Werkstücke in Sekundenschnelle direkt, also ohne zusätzliche Spannmittel und damit ohne Störkonturen auf dem Maschinentisch spannen.
Dabei fährt Wolfgang Pfeiffer, Leiter CAM-Programmierung bei Zeltwanger, zweigleisig: Soweit möglich, werden die Spannbolzen des Nullpunktspannsystems unmittelbar mit dem Werkstück verschraubt. Wo dies nicht möglich ist, kommen werkstückspezifische Vorrichtungen zum Einsatz, die fußseitig mit den Vero-S Spannbolzen ausgestattet sind. „Wir nutzen die vier Säulen wie eine Vorrichtung, auf der wir die Werkstücke direkt oder in Vorrichtungen spannen“, erläutert Pfeiffer. „Da wir entweder die direktgespannten Werkstücke, die kompletten Vorrichtungen oder die Werkstücke in den Vorrichtungen schnell und einfach wechseln können, profitieren wir von einer außerordentlich hohen Flexibilität.“
Dass auch weiterhin Vorrichtungsplatten zum Einsatz kommen, sei zum einen dem Umstand geschuldet, dass es bei Kundenteilen nur selten möglich ist, konstruktionsseitig Gewindebohrungen für die Spannbolzen vorzusehen. „Zum anderen versuchen wir, die Bauteile so zu spannen und zu verschrauben, wie sie später auch in der Anlage verbaut sind.“ Diese Vorgehensweise sei ein wesentlicher Faktor, um Genauigkeiten zu erzielen, die auf konventionellem Weg nicht möglich sind. Die Kunden danken es. Immer wieder komme es vor, dass Zeltwanger zum Problemlöser wird, wenn andere Fertigungsdienstleister längst abgesprungen sind.
Umfangreicher Spanntechnik-Baukasten
Der Vero-S WDP-5X Baukasten für die Werkstückdirektspannung von Schunk gewährleistet eine definierte Spannsituation, eine zuverlässige Simulation und eine kollisionsfreie, effiziente Zerspanung. Ab einer Bauhöhe von 80 mm können feinste Abstufungen von 10 mm realisiert werden. Hierfür stehen Stapelmodule in fünf Bauhöhen (30, 50, 80, 120 und 160 mm) zur Verfügung, die sich im Handumdrehen per Sechskantschlüssel betätigen lassen.
Über eine kraft- und formschlüssige Klemmverbindung werden die Module mit Einzugskräften von bis zu 25 000 N (bei 50 Nm Betätigungsmoment) verriegelt. Eine integrierte Niederzugsfunktion gewährleistet eine hohe Stabilität. Wahlweise können die Direktspannmodule manuell oder, wie bei Zeltwanger, pneumatisch aktiviert werden. Hier besteht die Wahl zwischen einer festen Z-Achsreferenz oder einer integrierten Ausgleichsfunktion in Z-Richtung (11 mm), um Werkstücke deformationsfrei abzustützen.
Damit das System auf allen gängigen Maschinentischen realisiert werden kann, umfasst der Baukasten Basismodulvarianten für T-Nutenplatten, Rasterplatten und Vero-S Spannstationen. Als Schnittstelle zum Werkstück stehen serienmäßig feste Spannbolzen ohne Zentrierrand, zylindrische Spannbolzen sowie kegelförmige Spannbolzenverlängerungen zur Verfügung. Zum Aus-gleich von Werkstücktoleranzen oder Wärmegang können zudem spezielle Spannbolzen mit schwimmendem Stichmaßausgleich in einer beziehungsweise zwei Achsen (je +/- 1mm) eingesetzt werden.
Sämtliche Schnittstellen verfügen über eine spielfreie Kegelzentrierung, die zwischen den einzelnen Bauteilen eine Wechselwiederholgenauigkeit 0,005 mm gewährleistet. Einführfasen an den Modulschnittstellen ermöglichen einen zügigen Aufbau der Spannsäulen, ohne dass sich die Komponenten verkanten. Die eigentliche Werkstückspannung erfolgt energieneutral über Federkraft, ist selbsthemmend und formschlüssig. Die Werkstücke bleiben also auch dann sicher gespannt, wenn der Druckluftschlauch nach dem Aktivierungsvorgang abgezogen wird. Um Lebensdauer und Prozesssicherheit zu erhöhen, sind sämtliche Funktionsteile, wie Grundkörper oder Spannschieber in gehärtetem, rostfreiem Stahl ausgeführt, absolut korrosionsbeständig und besonders einfach zu reinigen.
Druckluft statt Schrauben
Vor allem die Einfachheit des Systems verbunden mit der hohen Präzision waren für Pfeiffer ausschlaggebend. „Statt wie bei unserer gewohnten Direktspannlösungen umständlich mehrere Bolzen pro Modul einzuschrauben und mit dem Spannschlüssel anzuziehen, wird Vero-S einfach für kurze Zeit mit Druckluft beaufschlagt, schon sind die Spannsäule und das Werkstück sicher gespannt.“
Besonders aufwändig sei das konventionell geschraubte System gewesen, wenn Vorrichtungsplatten mit vier Spannsäulen unmittelbar auf Maschinentischen montiert wurden. „Da musste der Maschinenbediener zum Teil auf Knien durch die Maschine krabbeln, da er ansonsten keine Chance gehabt hätte, den Schlüssel richtig anzusetzen.“ 25 bis 30 Minuten seien jedes Mal vergangen, bis alle Schrauben angezogen waren. Jedes Mal musste der Maschinentisch zuvor von Spänen befreit werden, um Verletzungen zu verhindern. Für die Bediener sei die Belastung besonders groß gewesen, wenn Bauteile häufig gewechselt oder nach dem Vorschlichten aufgrund des Wärmegangs gelöst und wieder angezogen werden mussten.
„Das geschieht heute automatisch über die ausgleichenden Spannbolzen, die eine Überbestimmung verhindern. Im Prinzip richtet man nur eine Achse aus, den Rest nimmt das System schwimmend auf.“ Die Ergebnisse können sich sehen lassen: „Unsere QS ist immer wieder begeistert“, schwärmt Pfeiffer. „Die Bauteile sind allesamt sehr genau, im Hundertstel- oder sogar im µ-Bereich.“
Schwalbenschwanzbolzen genügt
Einspanntiefe von 3,5 mm
Dass Schunk seinen Direktspannbaukasten immer weiter ausbaut, weiß Pfeiffer zu schätzen. So komme beispielsweise der sogenannte Schwalbenschwanzbolzen Zeltwanger entgegen, wenn es darum geht, Werkstücke mit geringen Einspanntiefen direkt zu spannen. Während herkömmliche Nullpunktspannbolzen erst ab einer Einschraubtiefe von 20 bis 25 mm eingesetzt werden können, genügt bei den Schwalbenschwanzbolzen eine Einspanntiefe von 3,5 mm. „Mit diesen Spannbolzen brauchen wir nur 5 bis 6 mm Material“, meint Pfeiffer begeistert.
Die erforderliche Schnittstelle, zwei 60° Winkel, lässt sich mit einem Freiformfräser bei minimalem Materialabtrag fertigen. Anschließend wird der Spannbolzen eingesteckt und mithilfe eines Sechskantschlüssels über zwei gehärtete Spannschieber verriegelt. Nach der Bearbeitung kann der Spannbolzen entfernt und anderweitig genutzt werden. Vor allem die Idee des Baukastens, die pneumatische Betätigung und der hohe Freiheitsgrad im täglichen Einsatz seien für Zeltwanger ausschlaggebend gewesen, um das Vero-S Direktspannprogramm von Schunk einzusetzen. Zuvor hatte man den Markt sorgfältig sondiert und mehrere Systeme verglichen. „Den Hauptvorteil sehen wir in der großen Flexibilität“, fasst Wolfgang Pfeiffer zusammen. „Mit Vero-S kann man rationeller arbeiten und hat bei komplexen Bauteilen viele Möglichkeiten, direkt am Werkstück zu spannen. Ohne große Störkonturen, mit guten Haltekräften und mit einer hohen Genauigkeit.“
Zeltwanger Maschinenbau GmbH
www.zeltwanger.de
Schunk GmbH & Co. Spanntechnik KG
www.schunk.com
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