Spanninnovation Ein smartes Leichtbau-CFK-Spannfutter zeigt Feingefühl

Redakteur: Peter Königsreuther

Die Leichtbau-BW präsentiert im Rahmen ihres monatlichen Thinking für den September das besondere Spannfutter Torok-CFK-IQ von Hainbuch, das auch Digitalisierungsvorhaben unterstützt.

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Der Thinking im September beschert uns dieses intelligente Leichtbau-Spannfutter mit Komponenten aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), das Hainbuch entwickelt hat. Es nennt sich Torok-CFK-IQ.
Der Thinking im September beschert uns dieses intelligente Leichtbau-Spannfutter mit Komponenten aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), das Hainbuch entwickelt hat. Es nennt sich Torok-CFK-IQ.
(Bild: Hainbuch)

Spannend, dynamisch und leicht – aber (bitte) mit viel Gefühl! Was wie Attribute für einen Film für einen lauen Sommerabend klingt, beschreibt ebenso zutreffend den Kern der Innovation des Thinking im September. Genauer gesagt, geht es um das intelligente Leichtbau-Spannfutter Torok-CFK-IQ des Spanntechnikspezialisten Hainbuch aus Marbach am Neckar, das nach Meinung der Jury die Aspekte des Leichtbaus in idealer Weise nutze. Es ergänzt nämlich die Vorteile der Gewichtreduzierung mit einer ausgeklügelten Sensorik, um die Produktion beim Anwender zu optimieren und gleichzeitig für die Digitalisierung fit zu machen.

Leichtbau im Spannfutter reduziert Stückkosten

Manchmal muss man einfach dranbleiben, fasst Attilio Mandarello,Teamleiter F&E bei Hainbuch, den Erfolg zusammen. „Mit der Entwicklung des Leichtbau-Spannfutters haben wir vor etwa zehn Jahren begonnen und es in dieser Zeit schrittweise kontinuierlich weitergedacht und optimiert“, sagt Mandarello.

Auch wenn das Potenzial der Entwicklung noch nicht vollkommen ausgeschöpft sei, habe das Unternehmen mit dem Torok-CFK-IQ schon jetzt ein Produkt im Portfolio, das dem Anwender bereits einen deutlichen Mehrwert bietet und deshalb den Thinking erhält.

Das CFK-Spannfutter bringt nämlich rund 70 Prozent weniger Gewicht auf die Waage als eine vergleichbare Stahlausführung. Hinzu kommt noch die Sensorik. Beides zusammen wirkt reduzierend auf die Stückkosten der Teile aus, die unter dem festen Griff des Systems gefertigt werden.

Hochdynamisch trotz geringem Energiebedarf

Das Leichtbau-CFK-Spannfutter ist in einer hybriden Bauweise aus Aluminium, carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) und Stahl ausgeführt. Wichtig für die Qualität ist die hohe Fertigungstiefe. „Alle CFK-Bauteile, die wir in unseren Spannfuttern verbauen, sind aus unserer eigenen Fertigung und aus unserer CFK-Manufaktur“, betont der F&E-Teamleiter.

Das CFK-Spannfutter sei etwas teurer als ein Standardspannfutter, mache sich aber durch die oben genannten Effekte auch rasch bezahlt. Mit 50 Prozent Mehrpreis ohne und etwa dem doppelten Preis mit integrierter Sensorik müsse man aber rechnen. Doch das lohnt sich, wenn beim Zerspanen eine hohe Dynamik gefordert ist, oder die zu bewegende Masse so gering wie möglich gehalten werden muss. Aufgrund der relativ geringen Massenträgheit des Spannsystems kann das Werkstück schneller beschleunigt oder abgebremst werden. Und schon eine um weniger als eine Sekunde verkürzte Bearbeitungszeit kann mit Blick auf die Jahresproduktion von mehreren hunderttausend Teilen viel bewirken, macht Mandarello klar.

Ist die zu bewegende insgesamte Masse wegen des Leichtbau-Spannfutters niedriger, wirkt sich das aber nicht nur bei jedem Bewegungszyklus positiv aus, sondern auch auf den Gesamtenergiebedarf der Maschinen, Roboter und möglicher Automatisierungs- und Handhabungssysteme, weil sie kleiner und damit energiesparender sowie materialeffizienter sein dürfen und damit günstiger.

Leichtbau-Spannfutter schont Zerspanungssysteme

Ein Spannfutter ist die Schnittstelle zwischen Maschine und Werkstück, wie der Zerspanungspraktiker weiß. Um Maschine und Werkzeug möglichst wenig zu belasten und damit die Wartungsintervalle und die Lebensdauer derselben zu verlängern, macht sich bei hoher Dynamik nicht nur ein geringeres Gewicht bezahlt.

Auch die Fähigkeiten zur Vibrationsdämpfung der verwendeten Materialien des Spannfutters zahlen auf der Habenseite ein. So hat das CFK-Futter einen um bis zu 40 Prozent höheren Dämpfungsgrad im Vergleich zum Stahl-Pendant und die Schwingungsamplituden, die bei der Bauteilbearbeitung unvermeidlich sind, sind deshalb deutlich niedriger. Die notwendigen Zerspankräfte verringern sich um 20 Prozent. Das wiederum schont die Schneiden der Werkzeuge.

Sensibles CFK-Spannfutter kann mehr als zupacken

„Das Besondere an unserem CFK-Spannmittel ist die Kombination aus Leichtbau und integrierter Sensorik sowie der nachfolgenden Verarbeitung der Messwerte. Damit hält der Wandel zu Industrie 4.0, Digitalisierung und IoT auch in der Spanntechnik Einzug“, ist sich Mandarello sicher. Denn die Auswertung der Daten biete einen der notwendigen Bausteine für eine Predictive-Maintenance-Strategie in der Produktion.

Das Torok-CFK-IQ kann aufgrund der Sensoren auch deformationsempfindliche Bauteile – zum Beispiel additiv gefertigte Komponenten – feinfühlig mit definierter Spannkraft fixieren und so die Bearbeitungsqualität verbessern und die Ausschussquote reduzieren. Der Bearbeitungsprozess selbst wird durch die Sensoren im Rahmen eines Condition Monitorings nicht nur überwacht, sondern auch dokumentiert.

Außer der permanenten Spannkraftüberwachung übernimmt die integrierte Sensorik die Inline-Messung des Werkstück-Spanndurchmessers. Auch kontrolliert sie, ob das Werkstück korrekt liegt und macht so die kosten- und energieintensive pneumatische Luftanlagekontrolle überflüssig.

Das Leichtbau-CFK-Spannsystem kann mit diesen Fähigkeiten als Werkstück-Spannsystem mit integrierter In-Line-Messung, als Werkstückgreifer mit integrierter In-Line-Messung oder als autarke Messstation eingesetzt werden, merkt Mandarello an.

Hier die wichtigsten Vorteile des CFK-Spannfutters auf einen Blick

  • Verbesserte Produktivität: Der Leichtbau ermöglicht eine leichtere Beschleunigung und Verzögerung des Werkstücks – es verkürzt also die Bearbeitungszyklen;
  • Erhöhte Energieeffizienz: Das Leichtbaukonzept macht die Beschleunigung sparsamer;
  • Vereinfachtes Handling: Die Spannfutter sind leichter und damit bequemer zu handhaben;
  • Optimierte Bauteilqualität: Durch die integrierte Sensorik und durch die Dämpfungseigenschaften der Faserverbundkunststoffe vermindert sich die Ausschussquote;
  • Längere Lebensdauer: Aufgrund des leichten Spannfutters und der Dämpfungseigenschaften werden Spindellager und Antriebe geringer belastet – die Maschine verschleißt weniger;
  • Minimierte Stückkosten: Die obigen Merkmale reduzieren direkt oder indirekt die Stückkosten.

Hier noch ein Link zu einem Video, wo man sich das Ganze in Aktion anschauen kann.

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