Fachartikel von AMF: Schraubenschlüssel, Werkstückspanntechnik, Zylinderaugen

„Durch die seitlich angebrachte Spannschraube können Anwender auch Werkstücke innenspannen, die kein Durchgangsloch haben. Das ist genauso überzeugend wie unsere einzigartige Spannkontrolle“, betont Silvia Herold, Produktmanagerin der Andreas Maier GmbH & Co. KG in Fellbach. Zur Messe AMB stellen die Fellbacher Experten für Spanntechnik ihr neuestes Produkt einer Spannzange zur Innenspannung vor. Die besteht aus einem Basiselement, das mit vier verschiedenen Möglichkeiten auf dem Maschinentisch aufgespannt werden kann. Der dazugehörige Spannzangenaufsatz aus Aluminium ist harteloxiert. Er ist in zwei Größen, mit Außendurchmesser 70 mm oder 99 mm erhältlich.

Einzigartige Spannkontrolle für mehr Sicherheit

Den Spannzangenaufsatz können Anwender zerspanend bearbeiten und so an die Innenkontur ihres zu spannenden Werkstücks anpassen. Das Besondere an der Neuvorstellung von AMF ist jedoch, dass kein Durchgangsloch im Werkstück notwendig ist, um eine sichere Innenspannung zu realisieren. Durch die mechanische seitliche Betätigung können eben auch Werkstücke mit einem Sackloch gespannt werden. Als weitere, bisher einzigartige Ausstattung, verfügt das Basiselement über eine Spannkontrolle aus rostfreiem Stahl. So erkennen Anwender, ob das Werkstück auch wirklich gespannt ist. Das erhöht die Prozesssicherheit erheblich.

Durch die Anpassung des Spannzangenaufsatzes an die Innenkontur des Werkstücks lassen sich Freiform-Konturen sicher und schonend spannen. Der minimale Durchmesser beträgt 32 mm. Ein Sicherungsring sorgt während der Anpassung dafür, dass das Werkstück anschließend prozesssicher gespannt werden kann. Als Mindesteinspanntiefe sind zehn Millimeter vorgesehen. Die maximale Einspanntiefe beträgt je nach Variante 40 beziehungsweise 44 mm.

Flexibel durch vier Befestigungsmöglichkeiten

Das Basiselement verfügt zur Befestigung auf dem Maschinentisch über einen umlaufenden Spannrand. Seitliche plane Flächen ermöglichen die Aufnahme im Maschinenschraubstock. Alternativ ist auch die Fixierung in T-Nuten auf dem Maschinentisch möglich. Darüber hinaus sind an der Unterseite Aufnahmen für das AMF Zero-Point-System in den Größen K10 und K20 eingebracht, ebenso Nuten zur Positionierung auf AMF-Nullpunktspannmodulen mit Indexierung. Die Mechanik des Basiselements ist gegen Schmutz und Kühlwasser geschützt. AMF präsentiert die Spannzange zur Innenspannung auf der AMB als logische Weiterentwicklung der Spannzange zur Außenspannung aus der gleichen Serie. Das Basiselement kann für beide Spannzangenaufsätze verwendet werden. 

Besuchen Sie unseren Messestand auf der AMB Stuttgart in Halle 1, Stand E71. Wir freuen uns auf Ihren Besuch.

Der Hersteller setzt dabei auf starke Partner in langfristiger Verbindung. Wie man sich mit guten Partnerschaften ständig verbessern kann, zeigt das AMF-Nullpunktspannsystem. Damit gelingt die Vollautomatisierung in der Fräsbearbeitung sogar bei Tischmodellen. Das Erfolgsmodell der Fräsmaschinen für die 5-Achs-Simultanbearbeitung aller Werkstoffe im Dentalbereich zeichnet sich neben der automatisierten Bearbeitung durch außergewöhnliche Präzision bei kompakten Maschinenabmessungen aus.

„Wir legen großen Wert darauf, unsere Zulieferer nicht als Lieferanten zu betrachten, sondern als langjährige Partner, deren Lösungen unsere Produkte besser machen können“, betont Christoph Stark, geschäftsführender Gesellschafter der imes-icore GmbH. Bestes Beispiel dafür ist die Zusammenarbeit mit dem Spannmittelexperten Andreas Maier GmbH & Co. KG aus Fellbach (AMF). Seit deren kompakte Nullpunktspannsysteme in den Dentalbearbeitungsmaschinen CORiTEC 350i eingesetzt werden, gelingt nicht nur der einfache und sichere Werkstückwechsel, sondern auch die vollautomatische Fräsbearbeitung von Implantat-Aufbauten, Kronen und Kappen für den modernen Zahnersatz noch reibungsloser. Die Module haben die frühere Drehschwenkeinheit abgelöst, mit der noch manuell gewechselt werden musste.

Anpassungen waren notwendig

„Schnelligkeit ist neben der Präzision heute der wichtigste Faktor bei der Herstellung moderner Zahnprothetik“, erklärt Sebastian Ullrich, Abteilungsleiter mechanische Konstruktion bei imes-icore. Deshalb sollte die neueste Generation der CORiTEC 350i unbedingt mit einem Nullpunktspannsystem ausgerüstet werden. Egal ob die Kunden aus aller Welt die Maschine mit oder ohne Loader bestellen, bringt das Spannen am definierten Nullpunkt zahlreiche Vorteile. So lassen sich mit dem Nullpunkt auch ohne Loader verschiedenste Adaptersysteme, beispielsweise für vorfabrizierte Abutments (Stützschrauben/Wurzelkappen) oder Blockmaterialien wie Glaskeramik oder Lithium, schnell und einfach verwenden. Bei der Variante mit Loader lassen sich die zwölf Rohlinge aus dem Blankmagazin automatisch einwechseln und positionsgenau für die vollautomatische, auch mannlose Bearbeitung im Dreischichtbetrieb spannen. In den Blankhaltern sind wiederum die Rohlinge gespannt, Ronden mit 98 und 98,5 mm Durchmesser, aus denen bis zu 35 Einheiten für den Zahnersatz gefertigt werden können. Eingesetzt werden in den CORiTEC 350i Maschinen die AMF-Nullpunktspannmodule K5 pneumatisch mit gehärtetem Deckel und Kolben und einer Wiederholgenauigkeit beim Spannen von unter 0,005 mm. Trotz ihrer sehr kompakten Abmessungen von lediglich 45 mm Durchmesser und nur 19,8 mm Einbautiefe bringen die Module eine Haltekraft von 13 kN auf. Zum Öffnen genügen standardmäßig 8-12 bar Druckluft. Das wurde von AMF für den Einsatz bei imes-icore jedoch geändert, so dass in den CORiTEC-Maschinen bereits 5 bar Druckluft genügen. Qualitätsmanager Produktion, Patrick Peter schildert, dass dies imes-icore von Anfang an wichtig war: „AMF war bereit, für uns Anpassungen an ihren Modulen vorzunehmen, wo andere Hersteller haben.“ imes-icore hat dann für das K5-Modul an ihren Maschinen eine eigene Schnittstelle mit Druckbeaufschlagung entwickelt.

Kundenspezifizierung ist für AMF auch Weiterentwicklung

Für Manuel Nau ist diese Kundenorientierung eine Selbstverständlichkeit. „Wir arbeiten gern mit Kunden zusammen, mit denen auch wir uns weiterentwickeln können“, sagt der Verkaufsleiter Deutschland bei AMF. Insofern passen die beiden inhabergeführten Unternehmen bestens zusammen, was auch der Autor in den Besprechungen gespürt hat. Es herrscht eine Atmosphäre des gegenseitigen Respekts und der Wertschätzung. Die Verantwortlichen vertrauen einander, dass im Sinne des späteren Kunden und Maschinenanwenders die beste Lösung erreicht wird. Gespannt werden in den Nullpunktspannmodulen sogenannte Rondenhalter oder Blankhalter, in denen dann die eigentlichen Werkstücke – die Blanks – gespannt sind. Diese Blanks sind aus allen wesentlichen Werkstoffen der Dentalbranche, standardmäßig aus Zirkonoxid, PMMA, Wachs oder Composites, aber auch aus Nichtedelmetallen wie Chrom-Kobalt oder Titan. Aus diesen werden dann in einer Aufspannung in 5-Achs-Simultanbearbeitung bis zu 35 individuelle Implantat-Aufbauten, Kronen oder Kappen gefräst. Häufig sind es auch Brücken aus mehreren Zähnen, Stegverbindungen oder ganze Vollprothesen. Die wirtschaftlich sinnvollste Aufteilung errechnet ein spezielles Programm, und entsprechend werden die Prothesen in dem Blank verteilt. Am Ende der Bearbeitung halten lediglich noch kleine Stege die aus dem Blank herausgefrästen Zahnprothesen. Die werden später außerhalb der Maschine noch in einem weiteren Arbeitsschritt durchtrennt, dann liegen die fertigen Zahnprothesen vor.

Automatisiert spannen: verwechslungs- und verdrehsicher  

Die Rondenhalter wiederum werden direkt gespannt. Dafür ist der passende Spannnippel, den AMF als Zubehör mitliefert in den Boden des Rondenhalters integriert. Um den Nippel herum sind Erhebun-gen und Aussparungen sowie eine Fixierbohrung angebracht, die in einem Justierstift sowie passenden Erhebungen und Aussparungen auf Maschinenseite um das Nullpunktspannmodul herum ihr Gegenstück finden und so für ein verwechslungssicheres Spannen mit verdrehsicherem Halt sorgen. „Das ist die Voraussetzung für eine präzise und wiederholgenaue vollautomatisierte Fertigung“, erklärt Patrick Peter, Qualitätsmanager Produktion bei imes-icore. Wird das Nullpunktspannmodul pneumatisch geöffnet, kann der Rondenhalter eingesetzt werden. Mit bis zu 1,5 kN wird danach der Nippel eingezogen und verschlossen, bevor dann die bis zu 13 kN starke Haltekraft ihre Arbeit aufnimmt. Die CORiTEC 350i sind mit und ohne Loader dank ihrer geringen Abmessungen noch kompakte Tischmaschinen. „Da die Produkte, die unsere Kunden, meist Dentallabore aber auch Zahnarztpraxen mit eigenen Laboren, darauf fertigen, natürlich sehr klein sind, müssen auch die Maschinen für den Dentalbereich nicht groß sein“, bestätigt Geschäftsführer Stark. Und so bearbeiten die aktuellen 5-Achs-Maschinen von imes-icore alle wesentlichen Werkstoffe der Dentalbranche zuverlässig, wiederholgenau und mit automatischem Werkzeugwechsler für die unterschiedlichsten Werkzeuge in einer Aufspannung. Dank der innovativen Lösungskompetenz und der Kundenorientierung eines starken Partners geschieht dies mit AMF-Nullpunktspannsystem und Loader auch vollautomatisch und mannlos.

„Nur einen Monat nach Inbetriebnahme des ersten Spannturmes wurde ein baugleicher zweiter Spannturm mit neuen Spannnestern zur Fertigung weiterer Werkstücke genehmigt“, erinnert sich Josef Drexl. „Da wussten wir, dass die von uns vorgeschlagene Lösung nicht so schlecht sein konnte“, so der Maschinenprogrammierer beim bekannten Kipperhersteller F.X. Meiller in München. In einer der vielen Hallen auf dem riesigen Firmengelände mitten in München werden so genannte Zylinderaugen und Lageraugen sowie weitere Teile für die Hydraulikeinrichtungen der Absetz- und Abrollkipper von Meiller hergestellt. Das geschieht auf zwei Beabeitungszentren von Heller, die mit einem linearen Ladesystem von Schuler verkettet und für 18 Paletten automatisiert sind. Diese, 2011 in Betrieb genommene Anlage hat sich wunderbar bewährt.

Allerdings konnten die alten Vorrichtungen mit der neuen Fertigungssituation nicht mithalten. Denn damit ließen sich immer nur zwei Werkstücke mit zwei Aufspannungen fertigen. Für jedes Werkstück wurden zwei Vorrichtungen benötigt. Nach Abarbeitung der Losgröße mussten die Vorrichtungen auf das nächste Bauteil umgerüstet werden. Das Umrüsten dauerte oft länger als die Bearbeitung. Die Folge: Hohe Maschinenstillstandszeiten. Wirkungsvolle Abhilfe schaffen seit November 2013 ein Spannturm mit sechs Nullpunktspannelementen auf zwei Ebenen sowie zahlreiche weitere Funktionsteile. Ein zweiter Spannturm folgte Mitte 2014.

Spanntürme mit Nullpunktspannelementen auf zwei Ebenen

Drei verschiedene Zylinderaugen je Spannnest, vier unterschiedliche Lageraugen je Spannnest, zahlreiche Ventilkörper sowie weitere Elemente der Hydraulikeinrichtung für die Kipper, alles sollten die Spanntürme aufnehmen können. Flexibilität ist also genauso gefragt, wie Vereinfachung und schnelle Spannvorgänge. Vor allem aber auch eine Erleichterung beim Auf-, Um- und Abspannen der bis zu zehn Kilogramm schweren geschmiedeten Werkstücke, von denen pro Schicht schon mal bis zu 50 Stück gefertigt werden. Die so genannten Zylinderaugen sind Schlüsselelemente der Hydraulikan­lagen bei den Absetz- und Abrollkippern von Meiller.

Die von der Andreas Maier GmbH & Co. KG (AMF) in enger Abstimmung mit Meiller entwickelten Spanntürme bieten auf zwei Ebenen bis zu zwölf Werkstücken Platz. Dabei wird zunächst eine Werkstückaufnahme in die Grundaufnahme mit Nullpunktspannmo­dulen eingespannt. Von oben wird das geschmiedete Rohteil des Zylinderauges mit einem Druckstück hydraulisch fixiert. Spanntürme, Werkstückaufnahmen und Druckstücke sind dabei so ausgeführt, dass sie alle drei verschiedenen Größen der Zylinderaugen mit geringstmöglichen Störkonturen für eine Dreiseiten-Bearbeitung spannen. In der ersten Aufspannung auf der unteren Ebene werden die gefaste Schweißkante gefräst und zwei Bohrungen, eine Öldurchführung und eine Fixierbohrung, gefertigt. In der zweiten Aufspannung auf der oberen Ebene werden Flächen plan gefräst, der Innendurchmesser der Öse auf Maß ausgespindelt sowie fünf Bohrungen und vier Gewinde hergestellt.

Fertige Teile entnehmen – Zwischenlagerung entfällt

Früher konnten nur zwei Teile vorgerüstet werden. „Und die Spannnester mussten wir mühsam jedes Mal mit je vier Schrauben fixieren. Manchmal musste zusätzlich auch noch ein Unterbau mit je vier Schrauben montiert werden“, erinnert sich Maschinenbediener Hans Gistl. Das war nicht nur mühsam sondern für die benötigte Wiederholgenauigkeit auch zeitaufwändig. Also musste eine Lösung her, die den Gegebenheiten bei Meiller hinsichtlich Losgrößen, Jahresstückzahl, Teilevielfalt und Werkstückformen besser gerecht wird. Um die Maschinenlaufzeiten zu erhöhen war die Anforderung, möglichst viele Werkstücke spannen zu können und dabei den gesamten Verfahrbereich des Maschinenraums zu nutzen. Die Werkstücke sollten hydraulisch gespannt werden und die Vorrichtung vor allem im oberen Bereich steif genug sein, damit die geforderte Präzision eingehalten wird und keine Bearbeitungsprobleme auftreten. Ferner sollte schnell und mit wenigen Wechselteilen auf ein anderes Bauteil umgerüstet werden, die Werkstücke einfach und sicher ausgerichtet und fixiert werden können und die Vorrichtung gut zugänglich sein.

Die Komplettlösung von AMF besteht aus den zwei Spanntürmen mit je sechs Nullpunktspannelementen und verschiedenen Grundauf­nahmen sowie sechs Druckstücken für die Spannung von oben. Hinzu kommen Reduzierringe für die verschiedenen Durchmesser der Werkstücke, diverse Kleinteile und die Hydraulik. Auch durch praktische Zusatzelemente ist die Arbeit erleichtert worden. Heute werden Werkstücke einfach auf der unteren Ebene eingespannt, nach der Erstbearbeitung entnommen und auf die obere Ebene gesetzt. „Auf beiden Ebenen ist das Einspannen schnell und einfach möglich“, so Gistl. Diese Vorgehensweise bringt einen weiteren Vorteil: Die Teile müssen nach der ersten Bearbeitung nicht mehr zwischengelagert werden. "Es müssen aber nicht immer alle Plätze belegt sein, was die Flexibilität weiter erhöht.“ Das alles geht mit hoher Wiederholgenauigkeit und kurzen Umrüstzeiten – schneller, als die Bearbeitungszeit der Maschine. Die läuft nun – durch die höhere Anzahl an Werkstücken - länger und kann beispielsweise auch während der Vesper- und Mittagspause durcharbeiten.

„Was AMF entwickelt und geliefert hat, hat von Anfang an hundertprozentig und prima funktioniert“, betont Karl Greckl, Industriemeister Hydraulikfertigung bei F.X. Meiller. Das führt er auf den intensiven und direkten Informationsaustausch zurück, den auch Drexl hervorhebt: „Es war gut und wichtig, dass wir uns direkt mit dem Konstrukteur bei AMF austauschen konnten, ohne Umwege über andere Abteilungen. Da war sofort ein tiefes Verständnis für unsere Anforderungen spürbar.“ Das sieht man bei AMF genauso: „Wir waren über den gesamten Entwicklungszeitraum hinweg in engem Kontakt, um sämtliche Anforderungen an die Flexibilität der Spannlösung zu optimieren.“

Prozesse verstanden und passende Lösung geliefert

Und so geht der Umfang der von AMF entwickelten, gefertigten und gelieferten Lösung über Spanntürme und Nullpunktspannelemente hinaus. So sorgt eine Zapfenring-Abdeckung dafür, dass keine Späne aber vor allem auch kein Kühlschmierstoff ins Innere des gespannten Lagerauges gelangt. Der darin aufgestaute Kühlschmierstoff würde sich nämlich bei jedem Entnehmen des Werkstücks schwallartig entleeren. Durch die Abdeckung bleibt nicht nur der Innenraum sauber, sondern auch der Werker trocken. „Dieses kleine Beispiel zeigt, wie gut die AMF-Leute unseren Fertigungsprozess verstanden haben“, lobt Drexl. Für einen größeren Prototypen eines neuen Zylinderauges, der mehr Funktionen vereinen soll, erfassen Meiller und AMF zurzeit gerade die Spannsituation. Dank der vorhandenen durchdachten Komplettlösung ist keine neue Vorrichtung sondern nur ein neues Spannnest nötig – „der Austausch weniger Teile wird genügen“ ist sich Verkaufsleiter Manuel Nau von AMF sicher.

AMF präsentiert einen flexiblen, modular aufgebauten Schraubbock für die Fixierung großer und mittelgroßer Bauteile in T-Nuten und Rasterplatten. Einzelne Module werden prozesssicher bis zur gewünschten Höhe zusammengesteckt. Maximal 1620 Millimeter sind möglich. Ein Startset aus zehn Teilen deckt ein breites Anwendungsspektrum ab. Weiteres Zubehör bis zum passenden Werkstattwagen komplettiert die Basismodule. Und alle sind verblüfft, weil es das bisher nicht gibt. Das ist dem Design Center Baden-Württemberg sogar den Focus Open Designpreis 2020 in Gold wert.„Warum den modularen Schraubbock bisher niemand erfunden hat, können wir uns auch nicht erklären“, erwähnt Manuel Nau, Verkaufsleiter bei der Andreas Maier GmbH & Co. KG. Und so sind es die Fellbacher Experten für das Spannen auf dem Maschinentisch, die diese clevere Lösung als erste auf den Markt bringen. AMF stellt einen flexiblen, modular aufgebauten Schraubbock vor. Für die Fixierung großer und mittelgroßer Bauteile in T-Nuten und Rasterplatten lassen sich verschiedene Elemente bis zur benötigten Höhe montagesicher zusammenstecken. Die brünierten Module aus Vergütungsstahl werden dabei mit einem Gewindering prozesssicher verbunden und gewähren große Flexibilität beim Aufbau. Über eingeschraubte Fußelemente werden die Module in T-Nuten und auf Rasterplatten eingesetzt. Oben am Schraubstock sorgt eine Spindel mit Trapezgewinde für die Anpassung an das Werkstück.

Ein Startset für ein breites Anwendungsspektrum

Mit einem Startset aus zehn Teilen deckt der Hersteller ein breites Anwendungsspektrum ab. Das beinhaltet ein Schraubbockelement mit Fußelement, ein kleines und ein mittleres Zwischenelement, drei Gewindeadapter M16, M20, M24, drei T-Nutensteine für Nute 18, 22, 28 sowie ein Montagewerkzeug. Durch weitere Zwischenelemente sind Höhen bis maximal 1620 Millimeter möglich. Die zulässigeStützkraft beträgt 60 kN.

Ergänzend hierzu bietet AMF ein weiteres Abstützelement mit Feingewinde an. Dieses kann der Anwender bis zu einer Auflagenhöhe von maximal 330 mm feinfühlig unter Last einstellen. Optional aufsetzbare ballige, glatte oder punktuelle Auflagen gleichen Unebenheiten des Werkstücks aus. Sie werden magnetisch gehalten, über einen Zylinderstift gesichert und können mit einem Winkel von +/- 3° verstellt werden. Das Abstützelement ist in horizontaler und vertikaler Aufspannung einsetzbar.

Praktisch, leicht zu handhaben und mit Preis ausgezeichnet

Wenn T-Nuten oder Raster partout nicht passen wollen, schaffen zwei Fußelemente Abhilfe. Sie ermöglichen eine variable Positionierung auf dem Maschinentisch. Ein Werkstattwagen mit Aufnahmen für die Module sorgt für Ordnung und eine mobile, schnelle Bereitstellung am Einsatzort.

Die neuen modularen Schraubböcke von AMF machen einen soliden und durchdachten Eindruck. Sie überzeugen durch eine hohe Fertigungsgüte, flexible Einsatzmöglichkeiten und ein verbessertes Handling gegenüber großen und schweren Elementen, für die stets ein Kran benötigt wird. Wer sie erstmals sieht, ist verblüfft, warum es das bisher nicht gab. Das ist dem Design Center Baden- Württemberg sogar den Focus Open Designpreis 2020 in Gold wert.

Man hört sie nicht und man sieht sie nicht, wenn sie im Einsatz sind. Und dennoch sind sie wahre Meister, wenn es um die Senkung der Rüstzeiten geht: Das Nullpunktspannsystem Zero-Point von AMF. Damit lassen sich Rüstzeiten schon mal um bis zu 90 Prozent reduzieren. Das hat auch die Verantwortlichen bei MATSUURA überzeugt. Für ihre revolutionären Hybrid-Maschinen, die additive und subtraktive Verfahren kombinieren, sorgt jetzt das AMF- Zero-Point System dafür, dass alles reibungslos und schnell abläuft, und dass die Wirtschaftlichkeit stimmt.

„Das AMF Zero-Point System macht die Rüstprozesse in den Anlagen unserer Lumex-Reihe wiederholgenau, prozesssicher und höchst wirtschaftlich“, betont Holger Herrmann, Leiter Anwendungs­technik AM Technology bei MATSUURA Europe GmbH in Wiesbaden. Damit zeigen die Spannexperten von AMF (Andreas Maier Fellbach) erneut, dass sie mit ihren speziell für die additive Fertigung entwickelten Spannmodulen an der Spitze der Entwicklung stehen. Insbesondere, weil es sich bei den Lumex-Anlagen nicht um herkömmliche Maschinen für Additive Manufacturing handelt – wenn sich das für eine so junge Technologie überhaupt sagen lässt.

Additiv und Subtraktiv in einer Maschine kombiniert

Mit den Hybrid Additive Manufacturing-Anlagen der Baureihe Lumex vereint MATSUURA das selektive Lasersintern (SLS) und das High Speed Milling (HSM) in einer Maschine. Durch die Kombination von Lasersintern und Hochgeschwindigkeitsfräsen können Bauteile auf einer Maschine komplettbearbeitet werden. Prozesse zur Nachbear­beitung durch andere Bearbeitungsverfahren auf anderen Maschinen sind nur noch bei besonderen Anforderungen nötig. Das AMF Zero-Point System bringt für beide Fertigungswelten beste Voraussetzungen mit.

Der Fräskopf kommt „aus der Tiefe des Raumes“

Nun taucht wie aus dem Nichts der Fräskopf auf, dessen Hochleistungsspindel den Fräser auf bis 45.000 U/min beschleunigt. Der fährt nun die Außenkonturen ab und schruppt beispielsweise mit einem R2-Kugelfräser einen Teil des Aufmaßes. “Hier darf noch nicht auf Endmaß gefräst werden, da sich das heiße Material ja noch abkühlt und die Geometrie sich somit noch verändert“, erklärt Herrmann. Dieser Vorgang wiederholt sich alle zehn vom Laser erzeugten Schichten. Ein Werkzeugwechsler hält dafür 20 Werkzeuge bereit. Darunter sind Vorfräser zum Schruppen des durch das Laserschmelzen erzeugten Bearbeitungsaufmaßes. Nach drei mal zehn Schichten, also nach 1,5 mm wird an den Stellen, an denen das Bauteil etwas abgekühlt ist, mit dem Schlichtwerkzeug die Endkontur erzeugt. „Wir erreichen hier gegenüber dem reinen AM-Prozess höhere Genauigkeiten, vor allem an später schwer oder gar nicht mehr zugänglichen Stellen“, versichert Herrmann. Das geht bis 0,005 mm und bis zu Rz 3,5 µm gegenüber 0,05 mm und Rz 25 µm. Was darüber hinaus durch die idealen Gestaltungsmög­lichkeiten beispielsweise von Kühlkanälen im Werkzeug- und Formenbau alles möglich ist, kann hier gar nicht erschöpfend gewürdigt werden. So kann das Bauteil am Ende der Prozesse in den meisten Fällen fertig bearbeitet mit der Grundplatte von den AMF-Nullpunktspannmodulen freigegeben werden.

Unsichtbare Leistung der Spanntechnik im Untergrund

Soweit zu den sichtbaren Vorgängen im oberen Bereich des Maschinentisches. Was derweil im Untergrund passiert, bleibt dem Betrachter zwar verborgen, ist aber nicht weniger entscheidend. Die von AMF speziell auf die Additive Fertigung abgestimmten Nullpunktspannmodule erfüllen die besonderen Anforderungen und beschleunigen die anfallenden Rüstprozesse. Hier kommen sorgsam ausgewählte Materialien und Verfahren zum Einsatz, damit die Nullpunktspannmodule den zum Teil widrigen Bedingungen trotzen.

So herrschen beim 3D-Druckverfahren sehr hohe Temperaturen. Am Schmelzpunkt des Metalls im Pulverbett sind es 1400° C. Auch wenn die Spannmodule unter einer 30 Millimeter dicken Platte liegen, kommen dort immer noch Temperaturen von bis zu 150° C und mehr an. AMF verwendet deshalb Dichtungen und Medien, die das aushalten. Damit unter den Temperaturschwankungen des ständigen Aufheizens und Abkühlens auch die Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit nicht leidet, setzen die Fellbacher sorgsam ausgewählte Materialien und Verfahren ein. Nur so können die Nullpunktspannmodule die Anforderungen erfüllen. Gehärtete Oberflächen sind da nur ein Beispiel. Ja und dann müssen sie noch die üblichen Anforderungen der subtraktiven Fertigungsverfahren erfüllen. „Aber das ist natürlich kein Problem“, sagt Manuel Nau, Verkaufsleiter bei AMF, „denn da kommen wir ja her.“

Keinesfalls verzichten will MATSUURA jedoch auf die Schnelligkeit beim Rüsten, die sie mit dem AMF Zero-Point System erreichen. Herrmann erklärt auch, warum: „Indem die Fertigungszeit, beispielweise bei Spritzgusswerkzeugen, um bis zu 65 Prozent kürzer ist, bieten wir unseren Lumex-Kunden mit dem  Hybrid-Verfahren einen enormen Wirtschaftlichkeitsvorteil. Das Zero-Point System von AMF bietet hier für viele Anwendungen eine optimale Ergänzung die zur Wirtschaftlichkeit des kompletten Prozesses beiträgt.“ Bevor der AMF-Verkaufsingenieur, der bei MATSUURA seit langem bekannt ist, die Nullpunktlösung vorgeschlagen hatte, wurde umständlich mit herkömmlicher Technik gespannt. Da wurde die Grundplatte mit vier Schrauben auf den Maschinentisch verschraubt und jedes Mal mit der Messuhr ausgerichtet und mit einem Nullpunkttaster eingemessen. Dieser aufwändige Einmessprozess musste für jedes Bauteil wieder neu durchgeführt werden. „Mit dem AMF Zero-Point System kann die Rüstzeit auf ein Zehntel der Zeit reduziert werden“, freut sich Herrmann.

Spanntechnik signalisiert einen Wirtschaftlichkeitsvorteil

Und auch für den MATSUURA-Vertriebsleiter Günter Brunn ist die Ausrüstung der Lumex-Maschinen mit AMF Zero-Point System eine konsequente Sache. „Durch die blitzschnellen Rüstvorgänge signalisieren wir unseren Kunden schon beim Spannen, dass sie sich mit unseren Lumex-Anlagen in der Champions-League bewegen und wirtschaftlich im Vorteil sind.“ Dass ein Teil der Champions im Untergrund arbeitet und die meiste Zeit nicht zu sehen ist, ist für Manuel Nau kein Problem: „Wir wissen um die Stärken unserer Nullpunktspanntechnik, gerade auch im schwierigen Umfeld des Additive Manufacturing. Da überzeugen wir gerne mit den unschlagbaren Fakten der Zeitersparnis.“

Den vollständigen Artikel finden Sie auf unserer Webseite amf.de

Das Set aus Gateway, Sender-Units und Mikroschaltern überträgt abgefragte Positionen drahtlos über Bluetooth Low Energy 4.0 Technologie an die Maschinensteuerung. Die platzsparende, kos­tengünstige Lösung schafft die Basis für voll­automatisierte, mannlose Fertigungsprozesse. Mit Schaltern bis Schutzart IP67 auch für raue Umgebungen.

„Mit unserer neuen Funksensorik und der drahtlosen Signalübertragung schaffen Anwender die Basis für mannlose Schichten“, betont Erik Laubengeiger, Vertriebsleiter der Andreas Maier GmbH & Co. KG. Die neue AMF-Funksensorik ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie für Fertigungsumge-bungen die damit vollautomatisiert und mannlos betrieben werden können. Das Set aus Gateway, Sender-Units und Mikroschaltern sowie WLAN-Router und weiterem Zubehör überträgt abgefragte Positionen drahtlos, störungsfrei und energiesparend über Bluetooth Low Energy 4.0 Technologie an die Maschinensteuerung oder auf Tablets.

Komplett-Set für vielfältige Abfragen

Schnittstelle ist ein Gateway, das die Funksignale der Sender-Units drahtlos empfängt, überwacht, visualisiert und an die Maschinensteuerung weiter­gibt. Es verfügt über acht drahtlose Eingänge und acht potentialfreie Relaisausgänge. Das Funksignal wird störungsfrei und energiesparend mit 2,4 GHz über Bluetooth Low Energy (BLE 4.0) übertragen. Die Reichweite beträgt mindestens zehn Meter, Antennenverlängerungen erweitern die Übertra­gungsstrecke.

Die Sender-Units gibt es in zwei Baugrößen mit Bat­terien für bis zu 1,5 oder bis zu fünf Jahren Laufzeit. Der Eingang empfängt kabelgebunden die Signale der Sensoren, die es bis Schutzart IP 67 für raue Umgebungen gibt. Das können Mikroschalter im Kunststoffgehäuse mit Mini-Hubtaster sein oder Reedschalter als Zylindersensor für T-Nut Zylinder. Die Sensoren erfassen beispielsweise Ringmagnete im Zylinderkolben, ermitteln die Griffpositionen von Robotergreifern, detektieren Positionen von Werk­stücken oder stellen Schließpositionen von Spann­systemen fest. Darüber hinaus bietet AMF kabellose Funk-Druckschalter zur Drucküberwachung hydrauli­scher Spannkreise. Weitergegeben werden die Signale drahtlos an das Gateway.

Basis für vollautomatische, mannlose Fertigung

Mit der AMF-Funksensorik schaffen Anwender die Voraussetzung für eine vollautomatisierte, mannlose Fertigung. Passendes Zubehör erweitert die Möglich­keiten. So kann ein WLAN-Router angeschlossen werden, um mittels Tablet auf die webbasierte Benutzeroberfläche des Gateways zuzugreifen. Ein Pairingstick aktiviert den Verbindungsmodus der Sender-Units, Antennenverlängerungen und Ersatz­batterien mit Flachdichtung gehören ebenso zum Sortiment des Herstellers.

Experten bescheinigen dem 3D-Druck mit Metallpulver ein riesiges Zukunftspotenzial. Gleichwohl sprechen andere über die derzeitige Produktion eher von einer Manufaktur, statt von einer Fertigung nach industriellem Standard. Dennoch setzen beispielsweise Automobilhersteller und deren Zulieferer sowie etliche weitere Branchen wie die Medizintechnik schon heute mit wachsendem Erfolg auf die Herstellung einbaufertiger Serienteile, die im 3D-Druck entstehen. Für Prototypen und kleine Serien wie bei besonderen Sportwagen in limitierten Stückzahlen ist die werkzeuglose Fertigung nahezu konkurrenzlos. Die Etablierung als Verfahren für größere Stückzahlen ist jedoch nur eine Frage der Zeit und sicher nicht aufzuhalten.

Dass Form- und Werkzeugkosten wegfallen ist natürlich ein sehr beachtenswerter Faktor. Darüber hinaus liegt allerdings ein viel weitergehender Vorteil der Additiven Fertigung in der konstruktiven Herangehensweise. Denn es stellt sich weniger die Frage: „Was kann ich fertigen?“ als vielmehr: „Welche Funktionen soll das Bauteil erfüllen?“. So können im 3D-Druck sehr komplexe Geometrien konstruktiv gedacht und anschließend wirtschaftlich gefertigt werden. Häufig lassen sich dabei sogar Bauteile oder Produkte herstellen, die mit subtraktiven Verfahren bisher gar nicht zu realisieren waren.

Bisher nicht denkbare Geometrien herstellen

Dennoch sind die gedruckten Objekte nach dem Druckverfahren nur selten einbaufertig. Dem eigentlichen Additiven Fertigungsverfahren folgen anschließend meist weitere Prozesse bis das Bauteil fertigbearbeitet ist. Häufig schließen sich Reinigungs- und Messverfahren sowie Fräs-, Bohr- oder Sägeprozesse an. Insbesondere dem Sägen kommt am Ende eine bedeutende Funktion zu, schließlich muss das Bauteil von der Grundplatte, die es durch alle Fertigungsschritte begleitet hat, getrennt werden. Davon später mehr. Die gesamte Prozesskette ist somit ein optimaler Einsatzbereich für ein Nullpunktspannsystem. Und das, obwohl weder Formen oder Rohteile gespannt werden müssen. Stattdessen muss die Grundplatte gespannt werden, auf der das Produkt Schicht für Schicht entsteht.

Allerdings können herkömmliche Spannmodule, wie sie in der zerspanenden Fertigung üblich sind, in der Additiven Fertigung nicht eingesetzt werden. Denn beim 3D-Druck treten ganz besondere Anforderungen auf, die beim Spannen berücksichtigt werden müssen. So herrschen beim 3D-Druckverfahren hohe Temperaturen von bis zu mehreren 100° C. Selbst im Spannmittel kommen noch Temperaturen von bis zu 150° C und mehr an. Das erfordert Dichtungen und Medien, die das aushalten und dem widerstehen können. Auch die ständigen Temperaturschwankungen durch das Hochheizen und Abkühlen sind nicht zu unterschätzen. Darunter darf die Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit nicht leiden. Deshalb hat AMF für diese besonderen Herausforderungen auch besondere Spannmodule entwickelt.

Spannmodule für besondere Bedingungen und Anforderungen

Diese von AMF speziell auf die Additive Fertigung abgestimmten Nullpunktspannmodule erfüllen die besonderen Anforderungen und beschleunigen die anfallenden Rüstprozesse. Hier kommen sorgsam ausgewählte Materialien und Verfahren zum Einsatz, damit die Nullpunktspannmodule den zum Teil widrigen Bedingungen trotzen. Gehärtete Oberflächen sind da nur ein Beispiel, besondere Dichtun­gen ein anderes, damit die AMF-Module temperaturbeständig sind. Eingesetzt über die gesamte Prozesskette können sie ihre Vorteile optimal zur Geltung bringen. Anstatt die Grundplatte mit dem Bauteil auf jedem Folgeprozess neu einzurichten, wird nur einmal „abgenullt“ und der Nullpunkt dann einfach von Prozess zu Prozess „mitgenommen“.

Kann die Nullpunktspanntechnik schon im 3D-Drucker die Rüstzeiten erheblich reduzieren, erhöht sich der Zeitgewinn beim jeweiligen Wechsel auf die Folgeprozesse mühelos auf bis zu 90 Prozent und mehr. Denn wenn der Nullpunkt auf nachfolgende Maschinen „mitgenommen“ wird, entstehen nahezu keine Rüstvorgänge mehr. Vergleichbar „Plug-and-Play“ lässt sich sofort mit dem nächsten Arbeitsschritt beginnen. Hersteller, die diese AMF-Nullpunktschnitt­stelle bei der Additiven Fertigung auf alle Folgeprozesse mitnehmen, bestätigen die gewaltige Senkung ihre Rüstzeiten über den gesamten Fertigungsprozess.

AMF ist bekannt für pneumatische und hydraulische Technik

Die Einbau-Spannmodule K10.3 und K20.3 von AMF für die Additive Fertigung öffnen pneumatisch bei einem Betriebsdruck ab 4,5 bar, was in jeder Produktionshalle verfügbar ist. Sie realisieren Einzugskräfte von 10 bzw. 17 kN (K20) und Haltekräfte von 25 bzw. 55 kN (K20). Verriegelt wird durch Federkraft, so dass anschließend die Druckleitungen jederzeit abgekoppelt werden können. Optional bietet AMF eine Ausblasung für die Entfernung von Spänen an sowie eine Auflagenkontrolle für Abfragen im Rahmen automatisierter Prozesse. AMF ist für die pneumatische Spanntechnik seit vielen Jahren bekannt und ein geschätzter Markt- und Technologieführer. Für die hydraulischen Module, die AMF ebenfalls seit langem im Sortiment hat, lassen sich auf Kundenwunsch spezielle Lösungen für die Additive Fertigung entwickeln.

Ferner bieten die Fellbacher auch Abfragetechnik für die Spannmodule. Damit kommt ein wichtiger Aspekt hinzu: Denn mit derart ausgestatteten Modulen lässt sich die Schnittstelle und somit der gesamte Fertigungsvorgang im 3D-Druck mitsamt den anschließenden Folgeprozessen hochgradig standardisieren. Eine dermaßen standardisierte Prozesskette ist die Grundlage für eine Bestückung durch Roboter und damit für eine vollautomatisierte Fertigung. Natürlich müssen die dafür ausgewählten Sensoren ebenfalls für diese anspruchsvollen Bedingungen geeignet sein.

Erstausrüster beim Marktführer für Sägen

Ob automatisiert oder nicht: Hat das additiv gefertigte Bauteil alle Prozesse durchlaufen, muss es am Ende von der Grundplatte getrennt werden. Hierzu hat der globale Marktführer für das Sägen und Lagern von Metall-Langgut und Blech, die Firma KASTO, eine passende Maschine entwickelt. Der Hochleistungs-Bandsägeautomat KASTOwin  amc (additive manufacturing cutting) ist speziell auf diese Aufgabe ausgelegt, weil die Entwickler mit diesem letzten Schritt (oder auch Schnitt) die Prozesskette zu Ende gedacht haben. Für die Spanntechnik in dieser speziellen Säge ist AMF als Maschinen-Erstausrüster der Partner von KASTO. Die überlegenen Spannmodule des AMF-Nullpunktspannsystems halten dabei die Grundplatte mit dem fertigen Bauteil für den Trennvorgang in einer exakten Schnittposition für geringes Druckaufmaß. Vor dem Sägeprozess schwenkt eine Dreheinheit der Maschine die Grundplatte in eine Kopf-über-Position. Sind die Bauteile dann abgetrennt, fallen sie schonend in ein Auffangnetz. Nach dem Zurückschwenken lässt sich die Grundplatte aus den Nullpunktspannmodulen entnehmen und für den nächsten Additiven Fertigungsvorgang bereitstellen.