Das Rüstzeug für den digitalen Fertigungsprozess

Digitale Fertigungsprozesse sind kompliziert? Es geht um schlüsselfertige Werkstück-Spannsysteme. Die liefert SMW-Autoblok vor allem in Automotive, Maschinenbau, Luftfahrt und die Ölfeldindustrie, agiert dafür mit 1.000 Mitarbeitern in 60 Ländern. 300 Spanntechniker sitzen allein am Hauptsitz in Meckenbeuren bei Friedrichshafen, wo auch die im Frühjahr gegründete SMW-Electronics installiert wurde. Großer Pluspunkt ist, dass SMW-Autoblok die Spanntechnik samt Elektronik aus einer Hand schlüsselfertig anbietet. Modular aufgebaut, passt nach Angaben des Herstellers alles perfekt zusammen. Dazu beschäftigt sich SMW-Autoblok bereits seit vielen Jahren mit den agilen Themen Industrie 4.0 und Digitalisierung.

Stark an Bedeutung gewinnen nach Erfahrung von SMW-Autoblok die elektromechanischen Spannmittel, die aber äußerst komplex sind und viel Zeit für die Entwicklung erfordern. Vor allem anspruchsvolle Produktionsprozesse lassen sich nach Einschätzung von SMW sehr gut abbilden. Wesentliche Vorteile der elektronischen Spannmittel sind beispielsweise die automatische Zentrierung der Werkstücke jeglicher Geometrie im gespannten Zustand, eine Änderung der Spannkraft, ohne das Werkstück entspannen zu müssen oder sogar Spannkraftanpassungen einzelner Backen bei sensiblen Werkstücken. Durch integrierte Bewegungsprofile können unterschiedlichste Spannmöglichkeiten abgebildet werden. Durch die Vernetzung von Spannsystemen entstehen neuartige Möglichkeiten in den Produktionsprozessen. Dies lässt sich an der SMW-Philosophie ‚Monitor – Think – Act‘ aufzeigen.

Mittels Sensorik werden beispielsweise Spannkräfte von einem Spannmittel gemessen und gespeichert. In einem nächsten Schritt werden die Daten evaluiert und mittels eines Algorithmus ausgewertet. Im Falle einer Spannkraftminimierung im Prozess kann daraufhin eine automatisierte Schmierung eingeleitet werden, damit die Spannkraft wieder auf dem Ausgangsniveau ist. Eine weitere Ausbaustufe dieser Philosophie wäre ‚Learn‘, ein intelligentes Verhalten des Spannmittels durch Verwendung von lernfähigen Algorithmen. Dann würde dabei die Schmierung schon erfolgen, bevor sich das Spannkraftverhalten verändert.

Mit berührungslosen induktiven Kopplersystemen bietet SMW ab sofort eine Technologie, Energie und Daten zwischen stationären und bewegten Komponenten berührungslos über einen Luftspalt zu übertragen. Das neue vollständige Produktprogramm von SMW umfasst Standard-Koppler sowie Koppler für komplexe kundenspezifische Ausführungen. Standard-Koppler sind beispielsweise Axialkoppler mit der in der Sensorik üblichen Gewindebefestigung. Diese sind dank ihrer Befestigung einfach installierbar und durch die Plug&Play-Funktionalität schnell integriert. Die integrierte LED-Anzeige informiert den Anwender jederzeit über den Status des Systems. Radialkoppler für rotatorische Anwendungen sind mit Durchmessern von bis zu 280 mm und großem Innendurchgang erhältlich. Ein induktives Kopplersystem besteht aus einem stationären Koppler und einem beweglichen, mobilen Koppler. Bei diesen Kopplern werden in einem System die Energie zur Versorgung von Sensoren, Aktuatoren oder Steuerungskomponenten und gleichzeitig die nötigen Datensignale in analoger oder digitaler Form bidirektional übertragen. Ebenfalls ist die transparente Kopplung ganzer Feldbusse wie CAN oder Profibus möglich.

Für den Betrieb von Aktuatoren ist besonders die hohe Bandbreite übertragbarer Leistung, welche bis zu 1.500 Watt beträgt, hervorzuheben. Die induktive Übertragungstechnologie ist völlig verschleiß- und wartungsfrei und ersetzt die klassische Übertragung mittels Kabeln und Kontakten oder Schleifringen. Gerade in der Automation unterliegen Kabel und Kontakte einem sehr hohen Verschleiß und können beispielsweise durch Kabelbruch auch zu einem Maschinenstillstand führen. Die induktiven Kopplersysteme sind nach IP 67 geschützt und somit auch in rauen, anspruchsvollen Umgebungsbedingungen einsetzbar und zudem unempfindlich bei Vibrationen.

Komplett neu entwickelt hat SMW auch den induktiven Radialkoppler F280, der Energie und Daten berührungslos über einen Luft- spalt von circa 3 mm zwischen stationären und bewegten Komponenten überträgt. Der F280-Induktivkoppler ermöglicht durch die hohe Übertragungsleistung den Betrieb von mechatronischen Spannmitteln auf Werkzeugmaschinen. SMW setzt die Koppler auch in der neu aufgelegten Produktlinie e-motion ein. Die mechatronischen Spannmittel der e-motion Linie umfassen unter anderem das elektromechanische MM e-motion 4-Backenfutter mit Backeneinzelantrieb und den elektromechanischen Spannturm RT e-motion mit Antriebs-Schnittstellen für bis zu acht universell konfigurierbare Spannmittel, welche einzeln angesteuert werden können. Das F280 Induktiv-Kopplersystem ist standardisiert für alle e-motion-Produkte. Dies ermöglicht einen schnellen Wechsel aller e-motion-Produkte auf der Werkzeugmaschine. Das berührungslose Kopplersystem macht es möglich, jedes Spannmittel zu jedem Zeitpunkt im Produktionsprozess zu überwachen und zu korrigieren. Das bringt eine enorme Steigerung der Flexibilität, Qualität und der Betriebssicherheit, versichert SMW.

Das neue vollelektronisch betätigte Universalspannfutter MM e-motion verfügt über vier Backen, welche einzeln jeweils durch einen Elektromotor angetrieben und gesteuert werden können. Das MM e-motion kann sowohl in Dreh-Fräszentren als auch auf Drehmaschinen eingesetzt werden. Die Übertragung der notwendigen Energie für den Backenantrieb und die Übertragung von Signalen durch ein Bus-System erfolgen berührungslos über Luftspalt mittels des Induktivkoppler-Systems F280. Die individuelle Ansteuerung der Backen über Elektromotoren ermöglicht unterschiedliche Bewegungsprofile, welche mit konventionellen Spannmitteln nicht realisierbar sind. Die Spannkräfte der einzeln verfahrbaren Spannbacken ermöglichen eine höchst sensitive Spannung des Werkstücks.

Auch eine Änderung der Spannkraft ohne Entspannen des Werkstückes ist möglich. Ein weiteres Highlight ist das automatische Ausrichten: Hier wird mit einem Messtaster die Position des Werkstücks bestimmt. Anschließend wird beim Spannprozess das Werkstück automatisch zentriert und gespannt. Durch unterschiedliche Bewegungsprofile sind hochflexible Spannmöglichkeiten gegeben, wie die Spannung sehr dünnwandiger Werkstücke, die Spannung von geometrisch unförmigen Teilen und sowohl Innen- als auch Außenspannung. Der programmierbare Öffnungshub ermöglicht zudem die schnelle Beladung des Werkstücks. Unterschiedliche Überwachungssysteme gewährleisten maximale Sicherheit bei der Anwendung des elektrischen Spannfutters. Das neue gewichtsoptimierte MM e-motion Lightweight hat die selben Funktionalitäten wie das MM e-motion. Ein geringeres Futtergewicht erlaubt deutlich höhere Werkstückgewichte und die niedrigere Bauhöhe einen größeren Z-Verfahrweg der Maschine.

Video: SMW Electronics

Die neueste Ausbaustufe der e-motion-Linie ist der elektromechanische Spannturm RT e-motion. In diesen wurde die e-motion-Technologie integriert. Der Spannturm RT e-motion verfügt über acht Schnittstellen, welche individuell mit Spannmitteln, wie Kraftspanner, Spannfutter und Spanndorne ausgerüstet werden können. Im Betrieb ist jedes Spannmittel einzeln steuerbar. Die Übertragung der notwendigen Energie und Daten erfolgt mittels des eigens entwickelten induktiven Kopplersystems F280. Die einzelnen Spannmittel sind jeweils hinsichtlich ihrer Spannkraft und Spannposition permanent überwachbar.

Für den digitalen Fertigungsprozess verfügt das neue Nullpunktspannsystem ZeroAct e-motion über einen elektromechanischen Antrieb. Die einzelnen Spannmodule werden durch einen integrierten elektromechanischen Antrieb betätigt. Die Spannpositionen und Spannkräfte sind permanent überwachbar. Das ZeroAct-e-motion hat eine extrem flache Bauweise mit einer Höhe von weniger als 50 mm. Die ZeroAct-Spannmodule sind auch in eine Palette oder einen Maschinentisch integrierbar. Die flache Bauweise bietet dem Anwender eine maximale Nutzung der Arbeitsraumdimension der Maschine. Das ZeroAct-Nullpunktspannsystem gewährleistet eine maximale Wiederholgenauigkeit von weniger als 5 µm, versichert SMW. Hohe Einzugs- und Haltekräfte bieten maximale Sicherheit bei der Bearbeitung. Eine 4-fach-Indexierung bietet nach Angaben von SMW-Autoblok maximal flexible Befestigungsoptionen der Aufspannung.