ROEMHELD FSS-Spanneinrichtungen

Bei der Bearbeitung von Freiformteilen kommen in den meisten Fällen werkstückgebundene Spanneinrichtungen zum Einsatz, also Vorrichtungen, die nur für eine ganz bestimmte Werkstückgeometrie
ausgelegt sind. Soll nun ein anderes Werkstück positioniert oder gespannt werden, muss die komplette Vorrichtung getauscht werden. Die Folge ist eine wachsende Anzahl von Vorrichtungen, entsprechend der Vielfalt der unterschiedlichen Bauteile. Damit erhöht sich nicht nur der Aufwand für die Fertigung und
Konstruktion von Spanneinrichtungen, sondern auch die damit verbundenen Lager-, Rüst- und Logistikkosten.

Mit FSS-Spanneinrichtungen können unterschiedliche Werkstücke mit Freiformflächen gespannt und abgestützt werden. 
Kernstück einer FSS-Spanneinrichtung sind die RVA-ROEMHELD Vakuum Aktuatoren die in einer beliebigen Anzahl eingesetzt werden können und gemeinsam die Werkstückauflagefläche bilden. Da jedes RVA-Element einzeln auf die jeweilige Werkstückgeometrie positioniert werden kann, können mit FSS-Spanneinrichtungen flexibel individuelle Auflagen zum Spannen und Abstützen von Werkstücken eingestellt werden.
RVA-ROEMHELD Vakuum Aktuatoren bestehen aus einer geführten und axial verstellbaren Kolbenstange, die über eine Klemmeinheit in beliebigen Positionen geklemmt werden kann. Sowohl das Verfahren als auch das Klemmen der Kolbenstangen erfolgt vollständig automatisiert. FSS-Spanneinrichtungen sind deshalb in der Regel fest in der Bearbeitungsmaschine installiert.
Als Schnittstelle zum Werkstück dient in der Regel ein Vakuumsauger mit innen liegender Kugelauflage, der sich als definierte Auflagestelle bewährt hat. Andere, werkstückbezogene Anlagegeometrien sind ebenfalls möglich. In Abhängigkeit von der Werkstückoberfläche und -geometrie sowie geeigneten Vakuumsaugern können Spannkräfte (Vakuumkräfte) von 300 N je RVA-Element und mehr erreicht werden.
Die Positionierung der Aktuatoren und auslösen der Funktionen wie: Vakuum an/aus, Luftpolster an/aus, Reinigungsluft  an/aus erfolgt aus der NC- der Werkzeugmaschine über SPS per PROFINET®.

FSS-Spanneinrichtungen werden überall dort eingesetzt, wo dünnwandige und großflächige Freiformflächen-Teile bearbeitet oder in Messmaschinen positioniert werden müssen.
•  Luftfahrtindustrie
•  Automobilindustrie
•  Schienenfahrzeuge
•  Bootsbau
•  Raumfahrtindustrie

RVA-Elemente benötigen zum Verfahren der Kolbenstange eine Stromversorgung von 24 bis 36 V DC, eine Pneumatikversorgung von 6 bar, mit der die Kolbenstangen gelöst werden und einen Anschluss zu einem Vakuumerzeuger, mit dem die Vakuumsauger der Werkstückauflagen versorgt werden. 
Die Ansteuerung der RVA-Elemente erfolgt über einen Datenbus.
Die Steuerung der FSS-Spanneinrichtung erfolgt durch einen zentralen PC über entsprechende Schaltgeräte, die alle in einem Schaltschrank untergebracht sind. Der PC ist mit den erforderlichen Busanschaltungen ausgerüstet. Die Steuerung ist in der Lage, Siemens PROFINET ® - oder auch andere Bus-Befehle zu verarbeiten.

Die Funktionen der ROEMHELD FSS-Spanneinrichtung werden über einen Touch-Monitor ausgeführt. Dem Bediener wird der Zustand der Anlage  inklusive aktueller Meldungen visualisiert. Über HMI können im manuellen Betrieb und im Rüstmodus verschieden Funktionen aufgeführt werden, unter anderem:
•  Einzel- oder Gruppenauswahl der Aktuatoren 
•  Referenzfahrt
•  Fahren auf Position
•  Fahren im Tippbetrieb
•  Vakuum an/aus
•  Luftpolster an/aus
•  Reinigungsluft an/aus

Wir konzipieren und projektieren FSS-Spanneinrichtungen auf Grundlage der kundenspezifischen Werkstücke und Anwendungen. In Abstimmung mit dem Kunden und gegebenenfalls dem Werkzeugmaschinenhersteller wird die optimale Dimensionierung, Ausstattung und Funktionalität der FSS-Spanneinrichtungen festgelegt.
Die FSS-Steuerung ist in der Lage, CNC/SPS Befehle zu verarbeiten und die erforderlichen Z-Positionen anzufahren, darüber hinaus meldet die FSS-Steuerung kontinuierlich den Zustand der Spanneinrichtungen an Werkzeugmaschine zurück. 
Wir liefern komplette, aber auch einzelne FSS-Spanneinrichtungskomponente einschließlich der Installation, der Inbetriebnahme und der notwendigen Integration in die NC-Steuerung der Werkzeugmaschine und stellen sicher, dass Sie ein abgestimmtes und zuverlässig funktionierendes Fertigungssystem erhalten.

Beckhoff Automation GmbH, www.beckhoff.de

In partnerschaftlicher Zusammenarbeit hat Beckhoff für ROEMHELD ein leistungsfähiges Steuerungskonzept entwickelt und liefert entsprechende Komponenten und Systeme.
Der Service kann durch die ebenfalls weltweite Präsenz von Beckhoff sichergestellt werden.

ROEMHELD Vakuum Aktuatoren bestehen im wesentlichen aus einer geführten und axial verstellbaren Kolbenstange, die über eine Klemmeinheit in beliebiger Position geklemmt werden kann. Die Klemmung des Stützkolbens erfolgt durch Federkraft, lösen durch Druckluft.
Als Schnittstelle zum Werkstück dient in der Regel ein Vakuumsauger mit innen liegender Kugelauflage, der sich als definierte Auflagestelle bewährt hat. Geometrie und Steifigkeit der Sauger können entsprechend Material- und Oberflächenstruktur der Werkstücke ausgewählt werden.
Aktive Elemente sind mit einem geregelten Antrieb ausgestattet.
Kolbenstangendurchmesser und Hublängen können werkstück- bzw. kundenspezifisch abgestimmt werden. Realisierbar sind Kolbenstangen-Durchmesser von 50 mm und Hublängen bis zu 1.000 mm.

Technische Daten

Kolbenstangen-Durchmesser: 50 mm
Hübe: 100 bis 1.000 mm
Hubgeschwindigkeit (aktive RVA): bis 30 mm/s (höhere Geschwindigkeiten möglich)
Positioniergenauigkeit (Hub): bis zu ± 0,05 mm möglich
Wiederholgenauigkeit (Hub): bis zu ± 0,02 mm möglich
Haltekräfte Vakuumsauger: bis 300 N (höhere Kräfte möglich)
Erreichbare axiale Stützkraft (statisch): 1,2 bis 12 kN
Erreichbare axiale Kraft  (dynamisch): ca. 1,0 kN (höhere Kräfte möglich)

Flache-Pendel Werkstückauflage mit Vakuumsauger (werkstückabhängig)
Eine effiziente und sichere Aufspannung hängt maßgeblich von der Gestaltung der Schnittstelle zwischen Werkstück und Kolbenstange ab. Material und Steifigkeit der Werkstücke, ihr konvexer oder konkaver Krümmungsgrad, die Art der Bearbeitung sowie die Druckempfindlichkeit der Oberflächen bestimmen die Wahl passender Vakuumsauger und die Gestaltung der Werkstückauflagen.

Klemmeinheit
Mit der Klemmeinheit wird die Kolbenstange geklemmt und die eigentliche Last in das Gehäuse geleitet.

Linearantrieb
Der Linearantrieb besteht aus einem Schritt- oder Servomotor, der eine Trapez- oder Kugelrollspindel antreibt und – je nach Auslegung – aus einem Getriebe. Die Dimensionierung des Linearantriebs hängt davon ab, ob lediglich die Kolbenstange bewegt werden muss, oder aber die Kolbenstange Kräfte auf 
das Werkstück ausüben muss. Die Regelung erfolgt mit einem Encoder, der am Motor angebaut ist.
Je nach erforderlicher Übersetzung können unterschiedliche Getriebe Verwendung finden. Die geforderte Präzision, die Verfahrgeschwindigkeit und die maximale statische und dynamische Belastung sind Kriterien für die passende Auswahl.

Kabel und Versorgungsleitungen
Dank 8-fach-EtherCAT-Sternverteiler gibt es Möglichkeit, die Verzweigungen, auch in der IP-67-Welt der Topologie mit einer möglichst geringen Zahl an Komponenten aufzubauen.

Medienschnittstelle im Kopfflansch
Der Kopfflansch ist ausgestattet mit integrierten Medienkupplungen für den Anschluss von Druckluft, Vakuum, elektrischer Energie und Bus-Datenleitungen. Alle weiteren erforderlichen Kabel und Versorgungs- leitungen zu den Geräten im RVA-Element sind innerhalb des Gehäuses des Elements verlegt, so dass außen am RVA-Element keine Leitungen verlegt werden müssen.

Faltenbalg
Zum Schutz des spiralförmig verlegten Schlauchs für die Druckluftversorgung und das Vakuum für die Werkstückauflage.

Controllerbox
In der Controllerbox befinden sich pneumatische Ventile zur Steuerung der Druckluft und des Vakuums. Bei aktiven RVA-Elementen enthält die Controllerbox die E/A’s für die Ventile, Sensoren, Aktor und den Anschluss für die Bus-Datenleitung.

Flansch-Ausstattung
•  4 Befestigungsschrauben M8
•  Zentrierdurchmesser 150 mm mit Passung f7
•  Indexbolzen für Lageorientierung
•  2 Steckverbindungen für Elektrik/Datenbus
•  2 Kupplungsnippel für Pneumatik und Vakuum

Flexible Clamping and Supporting Systems
 

Hohe Genauigkeit
Durch die Verwendung von Präzisionsbauteilen sowohl für die mechanischen Baugruppen als auch für die elektrischen, elektronischen und lufttechnischen Elemente kann eine Positioniergenauigkeit (bei aktiven Elementen) von ± 0,05 mm mit einer Wiederholgenauigkeit von ± 0,02 mm erreicht werden.

Einfache Installation
Alle für die Funktion erforderlichen Schalt- bzw. Antriebselemente (Linearantrieb bei aktiven Elementen) sind im RVA-Element selbst integriert. Alle erforderlichen Medien werden über geeignete Stecker oder Kupplungselemente, die an der Flanschunterseite angeordnet sind, zugeführt.
Die korrekte Einbauposition wird durch mechanische Elemente gewährleistet, so dass beim Aufsetzen in geeignete Aufnahmestellen alle Kontakte automatisch hergestellt werden.

Hohe Flexibilität
Durch die axiale Verstellbarkeit der RVA-Elemente wird eine kunden- und werkstückspezifische Auslegung einer FSS-Spanneinrichtung erleichtert. Das Einstellen der einzelnen Elemente erfolgt über eine auf die RVA-Elemente abgestimmte Steuerung.

Hohe Prozesssicherheit 
RVA-Elemente sind grundsätzlich nach dem „fail safe“-Prinzip konfiguriert, was neben der Sicherheit auch energiesparend ist, da nach erfolgter Positionierung das Klemmen der Kolbenstangen durch Federkraft erfolgt und anschließend keine Energie mehr benötigt wird. Erst zum Lösen muss wieder elektrische Energie und/oder Druckluft zugeführt werden.
 

Einfache Wartung
RVA-Elemente sind optimal gegen nahezu alle bekannten Einflüsse durch Material und Arbeitsumfeld geschützt. So entsprechen sie bereits in der Standardausführung der Schutzart IP53. Höhere Anforderungen können durch entsprechende Anpassungen realisiert werden.
Durch kunden- bzw. anwendungsspezifische Anpassungen werden Störungen nahezu ausgeschlossen und der empfohlene Wartungsturnus ist nur in sehr langen Zeitintervallen erforderlich.
Durch die Medienschnittstelle an der Flanschunterseite ist das Demontieren und Montieren sehr einfach und schnell möglich.

Hohe Belastbarkeit
Aufgrund der hohen Genauigkeit und Stabilität der verwendeten Einzelkomponenten und dem bewährten Funktionsprinzip der Klemmhülse weisen die RVA-Elemente eine sehr hohe Stützkraft und Gesamtstabilität auf.

Geringer Energiebedarf
Nach erfolgter Klemmung des Kolbens (durch Federkraft) wird keinerlei Energie mehr benötigt. Lediglich die Vakuumfunktion erfordert bei „gespanntem“ Werkstück ein gelegentliches Nachschalten der Vakuumerzeugung.

Eine FSS-Spanneinrichtung besteht aus einer Vielzahl einzelner aktiver oder passiver RVA-Elemente, die über einen Flansch in eine entsprechende Aufnahme montiert werden. Das besondere Konstruktionsprinzip erlaubt es, die einzelnen Elemente sehr dicht anzuordnen. 
Diese Konfigurationsmöglichkeiten machen den Einsatz der FSS-Spanneinrichtung auch bei Werkstücken möglich, die aufgrund ihrer Struktur an möglichst vielen Punkten aufgenommen werden müssen oder die wegen ihren geringen Abmessungen auf eng angeordnete RVA-Elemente angewiesen sind. Der Abstand und die Anordnung der RVA-Elemente werden in Abhängigkeit der Werkstücke, der erforderlichen Aufspannfläche und der eingesetzten RVA-Elemente projektbezogen definiert. 

Zubehör

FSS-Spanneinrichtungen werden auch als komplette Funktionseinheiten projektiert und können auch entsprechend mit allen erforderlichen Zubehörgeräten und -elementen geliefert werden.
Diese sind beispielsweise:
•  Werkstück-Positionierelemente
•  Drucklufterzeuger
•  Vakuumerzeuger
•  verschiedene Vakuumsauger, abgestimmt auf Werkstoff und Oberflächenstruktur
•  Umlenkköpfe für Vakuumsauger (90°, 45° etc.)