Sehr geehrter Herr Stangl, es klingt auf den ersten Blick gar nicht so schwierig: Ein Teil in ein Spannfutter einzuspannen?
Tatsächlich ist das Gegenteil der Fall: Nicht jedes Teil, das in eine Produktionslinie gelangt, ist ein perfektes, rundes Rohteil. Es gibt Liefervorschriften für Halbzeuge wie Stangenmaterial oder Schmiedeteile, die eingehalten werden müssen. Das bedeutet aber nicht, dass jedes Bauteil exakt dem anderen gleicht oder Rundstähle tatsächlich ideal rund sind.
Und was passiert dann, wenn ein Teil nicht „perfekt“ ist?
Das kann zu Problemen während des Spannvorgangs führen, mit fatalen Folgen, die bereits eine geringe Fehlausrichtung mit sich bringen kann. Zum Beispiel ist das Bearbeitungsergebnis wegen ungleichmäßiger Schnitte oder Oberflächenbeschaffenheiten nicht so wie gewünscht.
Die Gefahr beim Spannen unrunder Rohteile besteht in der exzentrischen Ausrichtung. Die dadurch entstehende Unwucht kann zum Herausschleudern des Teils, Werkzeugbruch durch unterbrochene Schnitte, zu Werkzeugverschleiß durch übermäßig hohe und unregelmäßige Schnitttiefen oder auf lange Sicht zur Schädigung der Hauptlager durch Vibrationen der Spindel führen.
Nicht nur, dass hier erhöhte Ausschuss- und Nacharbeitsraten die Kosten erhöhen, auch das Risiko eines übermäßigen Verschleißes von Werkzeugen und Maschinen wächst -bis hin, dass sich das Werkstück löst, unkontrolliert im Maschinenraum umherfliegt und Schaden anrichten kann.
Eine besondere Rolle nimmt hier die Automatisierung beim Präzisionsspannen ein?
Genau. Grundsätzlich gilt ja: In der modernen Fertigung ist die Automatisierung zu einem Eckpfeiler für Effizienz, Konsistenz und Skalierbarkeit geworden.
Während die Automatisierung, insbesondere durch die Integration von kollaborierenden Robotern, sprich Cobots, die Prozesse zum Be- und Entladen von Teilen erheblich rationalisieren kann, ist die Notwendigkeit einer präzisen Spannung von entscheidender Bedeutung. Cobots sind bei der Ausführung sich wiederholender Aufgaben wie Be- und Entladen äußerst effektiv, aber sie sind immer noch in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, Ausrichtungsfehler in Teilen zu „fühlen” oder zu erkennen, insbesondere, wenn es sich um Teile handelt, die exzentrisch oder leicht unrund sind.
Das bedeutet: Beim Laden dieser Teile mit einem Cobot kann das Risiko einer exzentrischen Klemmung zu erheblichen Problemen im Bearbeitungsprozess führen, die sowohl die Sicherheit, die Qualität als auch die Produktivität beeinträchtigen.
Und hier kommt die vielfach ausgezeichnete, intelligente Spannbacke iJaw von RÖHM ins Spiel?
Tatsächlich ist die iJaw die weltweit erste mit Sensor ausgestattete Spannbacke, welche die am Werkstück anliegende Spannkraft in Echtzeit misst. Sie ermöglicht es, Daten zu gewinnen, die früher unzugänglich waren – und damit den Zerspanungsprozess sicherer und effizienter zu gestalten. Was konkret heißt: Mit der iJaw steigen Produktivität und Sicherheit und sinken in der Folge bzw. zeitgleich die Kosten, kurzum „Smarter Clamping“.
Unsere iJaw gewann übrigens den „Best of Industry Award 2022” und den „Industrie 4.0 Award 2023”. Seitdem haben wir sie weiter modifiziert, heute gibt es sie in verschiedenen Ausführungen für unterschiedlichste Backen-Geometrien.
Wie genau funktioniert die iJaw?
Im Unterschied zu einer herkömmlichen Spannbacke besitzt die iJaw einen Sensor, Elektronik zur Auswertung und Übertragung der Sensordaten sowie einen Akku. Alles ist wasserdicht verschlossen und gegen Späneschlag geschützt. Die iJaw wird wie eine herkömmliche Spannbacke in handelsübliche Spannmittel montiert. Die Antenne des externen Funkempfängers wird im Bearbeitungsraum platziert. Das blaue LED-Licht (des Mainboards) zeigt an, dass die iJaw arbeitet und mit dem Empfänger verbunden ist, an den sie nun Spannkraftdaten sendet.
Das heißt, dass die direkt am Werkstück in Echtzeit gemessene Spannkraft der iJaw…?
… zu jedem Zeitpunkt genau der maximal möglichen Prozesskraft entspricht, die bei der Zerspanung auf das Werkstück wirken darf, ohne die stabile Lage – und damit die sichere Werkstückspannung – zu verlieren.
Steigt die Drehzahl der Hauptspindel, verringert sich die Spannkraft durch die Fliehkraft der Spannbacken – und zwar um bis zu 60 Prozent der ursprünglichen (statischen) Spannkraft. Dadurch können nur noch kleinere Zerspanungskräfte auf das Werkstück wirken, ohne dass sich seine Lage verändert oder die Spannung unsicher wird.
Ein sehr wichtiger Aspekt: Obwohl der Hydraulikdruck am Spannzylinder konstant bleibt, hängt die tatsächlich am Werkstück ankommende Spannkraft stark vom Schmier- und Verschleißzustand des Spannmittels ab. Bei mangelhafter Wartung kann die Spannkraft so um bis zu 50 Prozent sinken. Die reine Messung des Spanndrucks reicht daher nicht aus, um eine sichere Spannung zu gewährleisten. Sie berücksichtigt diese Einflüsse nicht und gibt nur einen groben Hinweis auf den tatsächlichen Spannzustand.“
Lassen Sie uns bitte die Funktionsweise nochmal für die Teilanlage durch einen Cobot zusammenfassen.
Gerne. Der Cobot legt das Teil in das Spannfutter ein. Sobald das Teil positioniert ist, beginnt unsere iJaw sofort mit der Messung der Spannkraft und der Geometrie des Teils – und sieht sofort, wenn das Teil außermittig gespannt ist oder ob eine Exzentrizität in der Einrichtung vorliegt. Wenn die iJaw ein Problem erkennt, sendet sie ein Echtzeitsignal an den Cobot und weist ihn an, das Teil nachjustieren, um sicherzustellen, dass es korrekt zentriert und sicher eingespannt ist. So wird sichergestellt, dass jedes Teil präzise eingespannt wird, wodurch kostspielige Bearbeitungsfehler vermieden werden, bevor sie überhaupt auftreten.
Für das produzierende Unternehmen bringt die iJaw eine Menge Vorteile mit sich.
Es beginnt damit, dass man sich bei konventioneller Arbeitsweise beim Spannen eines Werkstücks an die konstruktionsseitig vorgegebenen Minimal- und Maximalspannkräfte herantasten muss. Das kostet Zeit und mitunter auch Werkstücke. Mit der iJaw wird dieser Aufwand auf ein Minimum reduziert. Zielgerichtet kann sofort die optimale Spannkraft angesteuert werden – wiederholbar bei jedem neuen Spannvorgang. Das bedeutet: schnelleres Rüsten.
Die Permanentbeobachtung des Zerspanungsprozesses durch die iJaw – einschließlich von Warnmeldungen beim Über- oder Unterschreiten der zulässigen Spannkraft – erhöht gleichzeitig Bearbeitungssicherheit und Schnittgeschwindigkeit. Mit Folgen: Bis zu 50 Prozent reduzierte Taktzeit, keine Stillstandzeiten und Verluste von Werkstücken, höhere Maschinenverfügbarkeit und im Ergebnis sinkende Werkstückkosten.
Und wie sieht es mit dem Spannen empfindlicher dünnwandiger Werkstücke aus?
Hier zeigt die iJaw Spannbacke eine besondere Stärke. Denn: Die Spannkraft kann vom Maschinenbediener reproduzierbar voreingestellt werden, wodurch auch die Verformung des Werkstücks durch die Werkstückspannung reproduzierbar wird. Die iJaw kann bereits die geringsten Relativbewegungen des Werkstücks detektieren, was ein kontrolliertes Herantasten an minimal erforderliche Spannkräfte ermöglicht. So hilft die iJaw, die optimale Spannkraft zu finden und hinterlässt keine Spannmacken auf der Obrefläche.
Noch einmal zurück zur automatisierten Werkstückbeladung mit der iJaw.
Die Rundheit von Rohmaterial ist in der DIN EN 10060 festgelegt. Dabei darf die Unrundheit radial bis zu zwei Millimeter betragen. Wird ein solches Rohteil beim Spannen falsch ausgerichtet, kann das zu einer starken Unwucht während der Zerspanung führen.
Beim Cobot-gestützten, automatisierten Beladen von Dreh- und Fräsmaschinen wird die iJaw deshalb zum unentbehrlichen Hilfsmittel, denn: Sie misst die am Werkstück ankommende Spannkraft und erkennt, ob sie symmetrisch verteilt ist. So lässt sich eine exzentrische Spannung eindeutig feststellen – und wie bereits gesagt: korrigieren.
Kann man eigentlich die iJaw- Anwendung zum automatischen Be- und Entladen nahtlos in bestehenden Anlagen nachrüsten?
Selbstverständlich. Erst kürzlich haben bei der EMO in Hannover mit GROB, HERMLE, INDEX und WFL vier Technologie-Partner von RÖHM die smarte Spannbacke auf ihren Maschinen live gezeigt. Durch die nahtlose Integration in ihre Systeme können Hersteller ihre Klemmprozesse ohne größere Unterbrechungen oder Investitionen in neue Infrastruktur verbessern.
RÖHM stellt hier ein umfassendes Paket zur Verfügung, das u. a. besteht aus
- einem iJaw-Koffer mit einem Drei-Backen-Satz für ein Spannfutter,
- dem Schaltschrank iJaw Connect, der außen an der Maschine angebracht wird und in dessen Innerem sich ein IO-Link Wireless Master mit Edge-Computing-Fähigkeit befindet. Er empfängt die Sensordaten und leitet sie weiter an einen Industrie-PC, der ebenfalls Teil von iJaw Connect ist. Dort werden die Daten verarbeitet. Ein WLAN-Router komplettiert den Inhalt. Er sendet die Daten weiter zur Visualisierung,
- einem Tablet, das softwareseitig mit der App iJaw Mobile ausgerüstet ist. Mit ihr lassen sich die aufgezeichneten Daten darstellen und automatisiert auswerten,
- einem Flansch, der die Greifer mit dem Cobot verbindet und die Daten der Hubüberwachung der Greifer kabellos an den IO-Link Wireless Master übertragen
- und einer große Bandbreite an Greifern und Backen, die alle denkbaren Rohteilgrößen abdecken und mit einem Sensor zur Hubüberwachung bzw. Bauteilvermessung nachgerüstet werden können.
Selbstverständlich übernehmen wir auch die Installation der Anwendung vor Ort und eine umfassenden Einweisung im Rahmen der Inbetriebnahme. Zu unserem Service gehören zudem die Unterstützung während der Anlaufproduktion und der anschließende After-Sales-Support.
