Nullpunktspannsystem: Funktion, Kennwerte, Nutzen

Fräskopf bearbeitet ein Werkstück in einem Maschinenschraubstock, Kühlmittel läuft über das Werkstück ab. — Foto: Beeki / Pixabay, Pixabay-Inhaltslizenz

Ein Nullpunktspannsystem fixiert Werkstücke oder Spannmittel über Einzugsbolzen mit einer Wiederholgenauigkeit von unter 0,005 mm (Herstellerangaben von SCHUNK für das manuelle NSE-M plus 138, von LANG und von AMF). Die Einzugskraft pro Modul liegt je nach Bauart zwischen 2,5 kN bei manueller Betätigung und 8 kN bei pneumatischen Modulen, mit Turbo-Funktion bis 28 kN. Das System verkürzt das Rüsten, weil Spannmittel ohne erneutes Ausrichten gewechselt werden.

Die genannten Werte sind Herstellerangaben. Sie gelten unter Laborbedingungen und setzen saubere Anlageflächen voraus. Für Entscheidungen im Betrieb zählen deshalb weniger die Maximalwerte als die Frage, welche Kennzahl was beschreibt und welche Rüstsituation im eigenen Betrieb vorliegt.

Was ist ein Nullpunktspannsystem?

Ein Nullpunktspannsystem besteht aus festen Spannmodulen auf dem Maschinentisch und Einzugsbolzen an Paletten, Vorrichtungen oder Werkstücken. Die Module definieren einen festen, einmal eingemessenen Nullpunkt. Alles, was mit Bolzen bestückt ist, lässt sich ohne erneutes Ausrichten auf diesen Nullpunkt setzen und wieder abnehmen.

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Der Nullpunkt wird einmalig am Modul oder an der Palette eingemessen. Ein Einmessen jedes einzelnen Werkstückbolzens ist nicht nötig, weil die Spannmittel wiederholgenau sitzen. Genau darin liegt der Zeitgewinn: Nach dem Wechsel entfällt das erneute Ausrichten und Antasten.

Das Prinzip ist unabhängig vom Antrieb. Die Module arbeiten mit Federkraft, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch. Bei SCHUNK sind die Module federgespannt und öffnen pneumatisch (Datenblatt VERO-S NSE-T3 138).

Aufbau und Funktion: Spannmodul, Einzugsbolzen, Verriegelung

Der Einzugsbolzen wird in das Modul eingeführt und dort verriegelt. Die Verriegelung hält den Bolzen im Modul fest. Wie genau das Spannmittel nach dem Wechsel wieder sitzt, geben die Hersteller als Wiederholgenauigkeit an.

Bei den pneumatischen SCHUNK-Modulen genügen laut Katalog 6 bar Systemdruck, ein Druckverstärker ist nicht nötig. Bei der Baureihe NSE plus hält die Verriegelung nach Herstellerangabe auch bei Druckabfall die volle Einzugskraft. Das ist für den Betrieb relevant, weil ein Druckverlust im Netz das Spannmittel nicht freigibt.

Grafik: Redaktion

Kennwerte richtig lesen: Wiederholgenauigkeit, Einzugskraft, Haltekraft

Datenblätter nennen Wiederholgenauigkeit, Einzugskraft und Haltekraft; die drei werden leicht verwechselt.

Wiederholgenauigkeit: Wie genau ein Spannmittel nach dem Wechsel wieder an derselben Stelle sitzt. Die Hersteller nennen unter 0,005 mm (SCHUNK, LANG) beziehungsweise unter 5 µm (AMF). Das sind Herstellerwerte bei sauberen Anlageflächen.
Einzugskraft: Die Kraft, mit der das Modul den Bolzen nach unten zieht und die Anlageflächen aufeinanderpresst. Beim manuellen SCHUNK NSE-M plus 138 sind es 2,5 kN bei 15 Nm Betätigungsmoment.
Haltekraft: Die Kraft, die das verriegelte System laut Herstellerangabe aufnimmt. Sie liegt deutlich über der Einzugskraft und hängt vom Bolzen ab: Beim SCHUNK NSE plus 138 sind es 35 kN (M10), 50 kN (M12) und 75 kN (M16).

AMF führt außerdem Einzugs- und Verschlusskräfte bis 40 kN, Haltekräfte bis 105 kN. Die Verschlusskraft nennt AMF gemeinsam mit der Einzugskraft; eine getrennte Definition fehlt in den Herstellerangaben, deshalb ist sie im Angebot gesondert zu erfragen. Wer Angebote vergleicht, sollte prüfen, ob dieselbe Größe gemeint ist.

Ein Zahlenbeispiel zur Umrechnung: LANG gibt für Quick•Point Haltekräfte bis 6.000 kg an. 6.000 kg × 9,81 m/s² = 58.860 N, also rund 58,9 kN. Zum Vergleich: SCHUNK nennt 50 kN (M12) und 75 kN (M16), AMF bis 105 kN. Diese Zahlen sind nur dann direkt vergleichbar, wenn Bolzen, Modul und Prüfverfahren übereinstimmen. Die Einzugskraft der LANG-Modulplatten beträgt laut Hersteller bis 8.500 N, also 8,5 kN. Sie ist nicht mit der Haltekraft gleichzusetzen.

Betätigungsarten im Vergleich

Betätigung	Beispiel	Einzugskraft	Betätigungsgröße	Typischer Einsatz
Manuell	SCHUNK NSE-M plus 138	2,5 kN	15 Nm Moment	Einzelteil, Kleinserie
Manuell (Schraube)	LANG Quick•Point	bis 8,5 kN	Anzugsmoment 30 bzw. 60 Nm (laut Hersteller zur Haltekraft)	Kleinserie
Pneumatisch	SCHUNK NSE-A3 138	8 kN, 28 kN Turbo	6 bar	Serie, Automation
Pneumatisch	SCHUNK NSE plus 138	7,5 kN, 25 kN Turbo	6 bar (SCHUNK-Pneumatikmodule)	Serie, Automation (rostfreie Ausführung)

Manuelle Module kommen ohne Druckluftanschluss aus und genügen, wenn der Wechsel selten und per Hand erfolgt. Pneumatische Module lassen sich per Ventil ansteuern und eignen sich für Anlagen, in denen Spannmittel automatisch gewechselt werden. Die Turbo-Funktion erhöht laut SCHUNK die Einzugskraft um bis zu 300 %.

Halder nennt für seine Systeme mechanische, pneumatische oder hydraulische Betätigung und Haltekräfte bis 30 kN (Herstellerangabe, laut Produktseite). Die Automationsmodule von SCHUNK und LANG arbeiten dagegen mit Feder- und Pneumatikbetrieb.

Rüstzeit: Was ist realistisch?

AMF und Hoffmann werben mit bis zu 90 % weniger Rüstzeit. Eine Bezugsbasis oder Messmethode nennen die Anbieter nicht. Die Zahl ist deshalb als Maximalwert zu lesen, nicht als Erwartung.

LANG kalkuliert in seinem Rüstzeitrechner mit 2 Minuten pro Rüstvorgang mit Nullpunktspannsystem und einem 52-Wochen-Jahr. Der Hersteller versteht den Rechner selbst nur als groben Richtwert.

Ein Rechenbeispiel (angenommene Werte zum Selbsteinsetzen):

4 Rüstvorgänge pro Tag, 5 Tage pro Woche, 52 Wochen: 1.040 Rüstvorgänge pro Jahr.
Rüstzeit ohne System: 30 min. Mit System: 2 min (LANG-Wert).
Ersparnis: (30 − 2) min × 1.040 = 29.120 min, das sind etwa 485 h.
Bei 80 € Maschinenstundensatz: 485 h × 80 € ≈ 38.800 € pro Jahr.

Die Reduktion beträgt dann 28/30 und damit 93 %. Das liegt über der 90-%-Werbeaussage, weil 2 Minuten ein optimistischer Herstellerwert sind. Als vorsichtigere Annahme lässt sich ein Restaufwand von 5 bis 10 Minuten ansetzen. Bei 8 Minuten ergeben sich 22 min × 1.040 = 22.880 min, rund 381 h oder etwa 30.500 € pro Jahr.

Für die eigene Rechnung werden Rüstzeit heute, Rüstvorgänge pro Jahr und Maschinenstundensatz gebraucht. Wer nur wenige Rüstvorgänge hat, amortisiert deutlich langsamer. Anschaffungskosten fließen in die Rechnung nicht ein. Die Amortisationszeit in Jahren ergibt sich aus Anschaffungskosten geteilt durch die jährliche Ersparnis (hier im Beispiel 38.800 € bzw. 30.500 € pro Jahr).

Hersteller-Vergleich in Zahlen

System	Wiederholgenauigkeit	Einzugskraft	Haltekraft	Besonderheit
LANG Quick•Point	< 0,005 mm	bis 8,5 kN	bis 6.000 kg (≈ 58,9 kN)	27 mm Höhe, Raster 52/96 mm
SCHUNK NSE-M plus 138	< 0,005 mm	2,5 kN	–	manuell, 15 Nm
SCHUNK NSE-A3 138	–	8 kN / 28 kN Turbo	–	pneumatisch, 6 bar
SCHUNK NSE plus 138	–	7,5 kN / 25 kN Turbo	35 / 50 / 75 kN	rostfrei, M10/M12/M16
AMF Zero-Point	< 5 µm	bis 40 kN	bis 105 kN	Herstellerangaben

Ein Strich bedeutet, dass hier kein Herstellerwert angegeben ist. Die Rastermaße 52 und 96 mm nennt LANG für Quick•Point. Ob Module verschiedener Hersteller sich mischen lassen, hängt von Bolzengeometrie und Raster ab und ist im Einzelfall beim Hersteller zu klären. Eine pauschale Kompatibilität darf nicht angenommen werden.

Einsatz in Automation und auf 4./5. Achse

Ja, Nullpunktspannsysteme eignen sich für Automation und mannlose Fertigung, sofern die Module ohne Eingriff öffnen und schließen. Das ist bei pneumatischen Modulen der Fall. Die Automationsmodule von SCHUNK sind federgespannt und öffnen pneumatisch. Laut SCHUNK-Katalog hält die Verriegelung der NSE-plus-Module bei Druckabfall die volle Einzugskraft, das Spannmittel bleibt dort also auch bei Störungen am Netz fixiert.

Bei der 4. und 5. Achse spielt die Bauhöhe eine Rolle. LANG gibt für Quick•Point 27 mm Systemhöhe an. Eine niedrige Bauhöhe schafft Platz unter dem Werkstück und verbessert die Zugänglichkeit des Werkzeugs. Auch Medienübergabe, also Druckluft oder Hydraulik zum Spannmittel, gehört zu den Kriterien, die vor der Auswahl geklärt werden sollten.

Fehler im Betrieb: Verschmutzung, Verschleiß, Wartung

Verschmutzte Anlageflächen: Die Wiederholgenauigkeit unter 0,005 mm gilt nur bei sauberen Flächen. Späne oder Kühlschmierstoffreste zwischen Modul und Spannmittel verfälschen die Lage. Vor dem Spannen sind die Anlageflächen zu reinigen.
Falsches Anzugsmoment: Bei manuellen Modulen sind die Herstellerwerte einzuhalten, etwa 15 Nm bei SCHUNK NSE-M plus 138 und 30 bzw. 60 Nm bei LANG. Abweichungen vom Herstellerwert sind zu vermeiden.
Bolzen verwechselt: Die Haltekraft hängt von Bolzengröße und Modul ab, bei SCHUNK NSE plus 138 von M10 bis M16. Bolzen und Modul müssen zusammenpassen.
Einmessen am falschen Ort: Der Nullpunkt wird am Modul oder an der Palette eingemessen. Das Einmessen jedes Werkstückbolzens ist nicht erforderlich.
Bolzen ohne Prüfung gewechselt: Beschädigte Bolzen oder Auflageflächen sind vor dem Einsatz zu ersetzen oder beim Hersteller prüfen zu lassen.

Fazit und Auswahl-Checkliste

Ein Nullpunktspannsystem lohnt sich, wenn Spannmittel häufig gewechselt werden und die Rüstzeit einen spürbaren Teil der Maschinenzeit ausmacht. Die Herstellerwerte von unter 0,005 mm und bis zu 90 % Rüstzeitersparnis sind Maximalwerte unter günstigen Bedingungen. Betriebe sollten mit eigenen Rüstzeiten rechnen, nicht mit der Werbezahl, und einen Restaufwand von 5 bis 10 Minuten ansetzen.

Auswahl-Checkliste vor der Anschaffung:

Betätigung: manuell bei seltenem Wechsel, pneumatisch bei Serie und Automation.
Kennwerte: Einzugskraft und Haltekraft getrennt vergleichen, Bolzengröße beachten.
Bauhöhe: für 4./5. Achse niedrige Systeme prüfen (LANG: 27 mm).
Raster: 52 oder 96 mm, Kompatibilität mit vorhandenen Spannmitteln klären.
Automation: Verriegelung bei Druckabfall und Medienübergabe prüfen.
Wirtschaftlichkeit: Rüstvorgänge pro Jahr, heutige und künftige Rüstzeit, Maschinenstundensatz in die Rechnung einsetzen.

Quellen

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