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ROEMHELD FSS-Spanneinrichtungen

Flexible Spann- und Abstützsysteme für das Spannen von dünnwandigen Werkstücken mit Freiformflächen.

Kernstück einer FSS-Spanneinrichtung sind die Spann- und Stützelemente, die in einer beliebigen Anzahl eingesetzt werden können und gemeinsam die Werkstückauflagefläche bilden. Da jedes Element einzeln auf die jeweilige Werkstückgeometrie positioniert werden kann, können mit FSS-Spanneinrichtungen flexibel individuelle Auflagen zum Spannen und Abstützen von Werkstücken eingestellt werden.

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Bild 1: Anordnung von FSS-Aktuatoren zur Bildung einer Werkstückauflagefläche











 
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Bild 2: Anwendungsbeispiel aus der Luftfahrtindustrie


 
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Bild 3: Energieversorgung und Steuerung



















 
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ROEMHELD FSS-Spanneinrichtungen (Bild 1) 
Flexible Clamping and Supporting Systems
Mit FSS-Spanneinrichtungen können unterschiedliche Werkstücke mit Freiform flächen gespannt und abgestützt werden. Kernstück einer FSS-Spanneinrichtung sind Spann- und Stützelemente (FSS-Aktuatoren), die in einer beliebigen Anzahl eingesetzt werden können und gemeinsam die Werkstückauflagefläche bilden.
Da jeder FSS-Aktuator einzeln auf die jeweilige Werkstückgeometrie positioniert werden kann, können mit FSS-Spanneinrichtungen flexibel individuelle Auflagen zum Spannen und Abstützen von Werkstücken eingestellt werden.
FSS-Aktuatoren bestehen aus einer geführten und axial verstellbaren Kolbenstange, die 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 innenliegender 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 Element und mehr erreicht werden.

Einsatzgebiete
FSS-Spanneinrichtungen werden überall dort eingesetzt, wo dünnwandige und großflächige Freiformflächen-Teile bearbeitet oder in Messmaschinen positioniert werden müssen.
• Luftfahrtindustrie (Bild 2)
• Automobilindustrie
• Schienenfahrzeuge
• Bootsbau
• Raumfahrtindustrie

Energieversorgung und Steuerung (Bild 3)
FSS-Aktuatoren benötigen zum Verfahren der Kolbenstange eine Stromversorgung von 24 VDC, eine Pneumatikversorgung
von 6 bar, mit der die Kolbenstangen geklemmt bzw. gelöst werden und einen Anschluss zu einem Vakuumerzeuger, mit dem die Vakuumsauger der Werkstückauflagen versorgt werden. Die Ansteuerung der FSS-Aktuatoren 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. Eine TCP/IPSchnittstelle
zur Anbindung an das Kundennetzwerk kann vorgesehen werden.
Die Steuerung ist in der Lage, kundenspezifische CAD-Daten zu verarbeiten und daraus die notwendigen NC-Daten für die
Ansteuerung der FSS-Aktuatoren und die Werkzeugmaschine zu generieren.

Alles aus einer Hand
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.
Es ist vorgesehen, dass auf Basis der kundenseitigen 3D-CAD Werkstückdaten die Positionen der FSS-Aktuatoren durch die FSS-Steuerung ermittelt werden. Die FSS-Steuerung ist dann direkt in der Lage, die erforderlichen Bearbeitungsparameter zu bestimmen und an die NC-Steuerung der Werk zeugmaschine zu übergeben.
Wir liefern komplette FSS-Spanneinrichtungen 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.

Unsere Partner
KOSTYRKA GmbH
, Stuttgart - www.kostyrka.com
KOSTYRKA ist ausgewählter Partner für die Klemmelemente und Druckübersetzer, die in den UHF®-Aktuatoren Anwendung finden.

Beckhoff Automation GmbH, Verl – 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.

 
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Bild 1: UHF®-Aktuator

























 
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Bild 2: Aufbau des UHF®-Aktuators
 
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Bild 3: RVA – ROEMHELD Vakuum-Aktuator












 
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Bild 4: Aufbau des RVA - ROEMHELD Vakuum-Aktuators
 
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Bild 5: RVA – ROEMHELD Vakuum-Aktuator: Baureihe F „Fixed“
 
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Bild 6: RVA – ROEMHELD Vakuum-Aktuator: Baureihe C „Convertible“
 

FSS-Aktuatoren
Je nach Antriebskonzept zur Verstellung der Kolbenstange sind FSS-Aktuatoren in aktive und passive Elemente zu unterscheiden.
Aktive Elemente sind mit einem geregelten Linearantrieb ausgestattet.
Die Kolbenstangen von passiven Elementen hingegen werden durch Druckluft oder Federkraft, durch die Werkzeugmaschine bzw. eine Handhabungseinrichtung oder das Werkstück positioniert. Welches Antriebskonzept zum Einsatz kommt, hängt von den kundenspezifischen Randbedingungen ab.
Realisierbar sind Kolbenstangendurchmesser von 20 bis 70 mm und Hublängen bis zu 1.000 mm.

FSS-Aktuatoren gibt es in zwei verschiedenen Bauarten, die alle als aktive oder passive Elemente ausgeführt werden können:
UHF®-Aktuatoren
RVA – ROEMHELD Vakuum-Aktuatoren

UHF®-Aktuatoren (Bild 1)

• Kolbenstangenklemmung
Die Kolbenstange des UHF-Aktuators wird hydraulisch über eine KOSTYRKA®-Klemmhülse geklemmt.
• Hubgeschwindigkeit
Maximale Hubgeschwindigkeit: 30 mm/s
• Positioniergenauigkeit
bis zu ± 0,05 mm möglich

Weitere Merkmale:
• in den Aufnahmestellen des Grundgestells fest verschraubt
• Schnittstellen zu den erforderlichen Medien sind am Gehäuse und am Flansch angeordnet

Aufbau (Bild 2)
1: Werkstückauflage mit Vakuumsauger
2: Kolbenstange
3: Klemmhülse
4: Linearantrieb
5: Druckübersetzer
6: Fußflansch

RVAROEMHELD Vakuum-Aktuator (Bild 3)

Die besonderen Merkmale des RVA sind:
• Kolbenstangenklemmung
Die Kolbenstange des RVA wird durch ein Federpaket geklemmt. Das Lösen der Kolbenstange wird durch Druckluft realisiert, so dass keinerlei Hydraulik für die Kolbenstangenklemmung benötigt wird:
Ein komplett ölfreier Aktuator.
• Hubgeschwindigkeit
Während aktive UHF®-Elemente eine maximale Hubgeschwindigkeit von 30 mm/s ausweisen, ist der RVA bedingt durch eine optimierte Kugelumlaufspindel und einen Hochleistungs-Elektromotor mit 50 mm/s deutlich schneller.
• Positioniergenauigkeit
Durch den neuen Linearantrieb kann die Hubstellung des RVA mit ± 0,02 mm deutlich genauer positioniert werden als die der UHF®-Elemente.
• Baulänge
Durch eine komplett neue Konstruktion ist der RVA deutlich kürzer und damit kompakter als die UHF®-Elemente.

Aufbau (Bild 4)
1: Werkstückauflage mit Vakuumsauger
2: Kolbenstange
3: Befestigungsflansch
4: Kupplungen für Pneumatik, Vakuum, elektrische Energie und BUS-System
5: Kolbenstangenklemmeinheit
6: Kugelgewindespindel
7: Schrittmotor mit Drehgeber
8: Komponenten für die elektrische Ansteuerung/BUS-Module
9: Ventile für Pneumatik/Vakuum

Den RVA-Aktuator gibt es in 2 Baureihen: 

Baureihe F „Fixed“ (Bild 5)
• in den Aufnahmestellen des Grundgestells fest verschraubt
• alle Medienschnittstellen im Befestigungsflansch
• alle Steuermodule für die Funktion des UHF®-Elements im Gehäuse integriert
• alle Kabel, Schläuche und Rohre im Gehäuse integriert


Baureihe C „Convertible(Bild 6)
Ausführung wie Baureihe F, jedoch:
• in den Aufnahmestellen des Grundgestells mechanisch verriegelt und mit Hilfe des Greif- und Arretiersystems GCS in den Aufnahme stellen umsetzbar

 
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Bild 1: Beispiel eines Grundgestells
 

Aufnahmeplatten und Grundgestelle (Bild 1)
Eine FSS-Spanneinrichtung besteht aus einer Vielzahl einzelner aktiver oder passiver FSS-Aktuatoren, die über einen Flansch in eine entsprechende Aufnahme montiert werden.
Das besondere Konstruktionsprinzip erlaubt es, die einzelnen Elemente sehr dicht anzuordnen. UHF®-Aktuatoren können mit einem Mittenabstand von 60 mm angeordnet werden. Der Mittenabstand der RVA-Aktuatoren beträgt mindestens 250 mm.
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 FSS-Aktuatoren angewiesen sind.

Der Abstand und die Anordnung der FSS-Aktuatoren werden in Abhängigkeit der Werkstücke, der erforderlichen Aufspannfläche und der eingesetzten FSS-Aktuatoren projektbezogen definiert. Sollten sich die Anforderungen an die Vorrichtung grundsätzlich ändern, so lässt sich Dank des modularen Aufbaus die Vorrichtung jederzeit erweitern.

Für die Aufnahme der RVA-Aktuatoren stehen Aufnahmeplatten und Grundgestelle in Modulbauweise zur Verfügung, die den kundenspezifischen Wünschen, beispielsweise hinsichtlich der Anzahl der Aufnahmepositionen, angepasst werden können.
Mit diesen gut transportablen Einheiten können auch größere Aufspannflächen einfach zusammengesetzt werden.

Alternativ dazu können auch individuelle, kundenspezifische Aufnahme gestelle geliefert werden, beispielsweise verschiebbare Aufnahme traversen oder Aufnahmetürme.

 
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Bild 1: ROEMHELD Greif- und Arretiersystem GCS
 

ROEMHELD Greif- und Arretiersystem GCS (Bild 1)
Grab and Connection System
Das Greif- und Arretiersystem GCS ermöglicht in Verbindung mit den RVA-Aktuatoren der Baureihe C ein automatisiertes Umpositionieren der RVA-Aktuatoren.
Hierzu muss das GCS an eine entsprechende Handlingseinrichtung angebaut werden, die in der Lage ist, die Aktuatoren zu transportieren. Alternativ kann dies auch durch eine gesonderte Lineareinheit erfolgen, die an das Gehäuse des „Z“-Schlittens der Werkzeug maschine angebaut wird. Die Lineareinheit hat die Aufgabe, die erforderlichen Verfahrwege in Z-Richtung auszuführen.

Der entscheidende Vorteil
Je nach Aufspannfläche kann eine beträchtliche Anzahl an FSS-Aktuatoren für eine Spanneinrichtung erforderlich sein. Wenn die Elemente für die jeweilige Bearbeitung immer nur da eingesetzt werden, wo sie tatsächlich auch gebraucht werden, kann durch die Funktion des automatisierten Umsetzens die Anzahl der notwendigen Aktuatoren erheblich verringert werden.

Funktionen
• Greifen eines RVA-Aktuators der Baureihe C
• Entriegeln und Verriegeln eines RVA-Aktuators der Baureihe C
• Ausführen von Rotationsbewegungen
• Abfrage aller funktionsbedingten Bewegungen durch elektrische Initiatoren bzw. Encoder sowie Weitergabe der Steuersignale zur Anlagensteuerung