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Spannmittel: Werkstücke zur Bearbeitung sichern – ein „spannendes“ Thema für den Unterricht


tu - Technik im Unterricht - epaper ⋅ Ausgabe 173/2019 vom 03.09.2019

Das Spannen von Werkstücken auf einer Fräsmaschine stellt Schüler im Technikunterricht immer wieder vor Herausforderungen. Vermutlich stehen ihnen oft nur die vom Hersteller der Maschinen beigelegten Spannmöglichkeiten zur Verfügung. Eine Folge kann sein, dass sie als allein gegebene Lösung angesehen werden. Dass es weitere und u. U. bessere Möglichkeiten zum Spannen des jeweiligen Werkstücks gäbe, kann ein interessantes und auch wichtiges Thema im Unterricht sein.

Hier wird eine Übersicht über mögliche und auch am Markt erhältliche Spannmöglichkeiten gegeben. Sie werden anschließend hinsichtlich einer ...

Artikelbild für den Artikel "Spannmittel: Werkstücke zur Bearbeitung sichern – ein „spannendes“ Thema für den Unterricht" aus der Ausgabe 173/2019 von tu - Technik im Unterricht. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: tu - Technik im Unterricht, Ausgabe 173/2019

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... Eignung für den Schuleinsatz bewertet. Es werden auch Vorschläge gemacht, wie man Standardlösungen des Spannens auf den Einsatz im Technikunterricht hin optimieren kann – entweder von der Lehrkraft oder im Technikunterricht von den Schülern hergestellt.

Abbildung 1: Schema einer Spannpratze.


Von oben wirkende Spannkraft

Hier habe ich zwei grundsätzliche Varianten ausgewählt: die Spannpratze und den Kniehebelspanner.

Spannpratzen

Spannpratzen sind eine in der Industrie weit verbreitete Spannmethode, mit der sich Werkstücke stabil und zuverlässig spannen lassen. Ihr Aufbau ist inAbbildung 1 schematisch dargestellt:

Der Maschinentisch mit der T-Nut (weiß) ist inAbbildung 1 im Schnitt dargestellt, das Werkstück (gelb) liegt auf ihm auf. Die Spannpratze (dunkelblau) besitzt ein Langloch, sie sitzt oben auf dem Werkstück auf. Sie muss mit einem Spannmedium (dunkelgrün) nach unten gespannt werden. Dieses ist auf einem Rundmaterial mit Gewinde aufgeschraubt (orange). Die Spannvorrichtung muss quer in der TNut bewegt werden können, dazu dient ein Lagerkörper (hellgrün). Damit die Spannpratze nicht schräg nach unten wegkippen kann, braucht sie ein Gegenlager (hellblau).

Problemstelle 1: Anpassung der Höhe der Vorrichtung an die Werkstückhöhe

Hier gibt es zwei Möglichkeiten: Das Rundmaterial (orange) besteht entweder aus einer Maschinenschraube, die mit dem Kopf nach unten in die TSchiene des Tisches eingeführt wird. Der Schraubenkopf (hellgrün) dient dann gleichzeitig als Gleitlager in der Nut. Je nach Höhe des Werkstücks werden unterschiedliche Schraubenlängen benötigt.

Oder es wird eine Gewindestange genommen, die auf die Werkstückhöhe angepasst wird. Sie muss in der T-Nut in ein Lager eingeschraubt werden, z. B. in einen Nutenstein (s.u.).

Problemstelle 2: Lagerung in der T-Nut

Auch hier gibt es zumindest 2 Möglichkeiten. Wird als Rundmaterial eine Schraube genommen, dient der 6-Kantkopf der Schraube als Lager. Es braucht dann kein gesondertes Bauteil mehr, dafür verkanten die Schraubenköpfe leicht beim Hin- und Herschieben. Wenn die Festigkeitsklasse aufgeprägt ist, kann der Schraubenkopf so dick sein, dass er sich in der Nut verklemmt.

Als Alternative kann ein Nutenstein genommen werden. Er verkantet nicht und ist günstig zu kaufen. Allerdings kann dann von oben in aller Regel keine Schraube eingedreht werden, weil ihre Länge exakt zur Werkstückhöhe passen müsste, damit der Kopf nicht in der Luft schwebt.

Abbildung 2: Spannpratze mit zwei Maschinenschrauben und Sechskantmutter sowie Variante mit Nutenstein.


Die Abbildungen 2, 3, 4 und 6 zeigen lediglich den prinzipiellen Aufbau ohne die für das Funktionieren notwendige T-Nut des Maschinentisches. InAbbildung 2 sind beide Varianten zu sehen: links die Schraube, rechts der Nutenstein.

An der rechen Abbildung ist das Problem der nicht passenden Schraubenlänge gut zu erkennen – so könnte nicht gespannt werden.

Problemstelle 3: Gegenlager am hinteren Ende der Spannpratze

Um zu verhindern, dass die Spannpratze am hinteren Ende nach unten ausweicht, muss ein Gegenstück vorhanden sein. Dazu kann, wie inAbbildung 2 , eine Schraube genommen werden, die in eine Bohrung mit Gewinde in der Pratze eingeschraubt wird. Die Schraubenlänge muss nicht exakt auf die Werkstückhöhe abgestimmt werden. Es gilt nur zu beachten, dass lange Schrauben oben überstehen, was zu Kollisionen mit dem Fräser führen kann.

Zweitens kann ein Treppenbock eingesetzt werden(Abbildung 3) .

Dieser ist einfach zu handhaben. Durch die größere Auflagefläche ist er schonender zum Maschinentisch als ein Schraubenkopf. Ein Manko ist, dass die Treppenabstände nicht immer hundertprozentig zur Werkstückhöhe passen, sodass eine ideale Schrägstellung der Spannpratze nicht garantiert werden kann. Treppenböcke kosten ca. 15 €, können aber auch aus Kunststoff gefräst oder gedruckt werden.

Problemstelle 4: Niederspannen der Spannpratze

Die bisher gezeigten Spannpratzen wurden mit Muttern gespannt(s. Abbildung 2 und 3) . Dazu ist ein Maulschlüssel erforderlich. Hierzu gibt es mehrere Alternativen.

Erstens kann ein Exzenterhebel verwendet werden(Abbildung 4).

Dieser wird so weit heruntergedreht, bis ein Umlegen des Exzenters gerade noch möglich ist. Beim Umlegen wird dann eine Unterlegscheibe aus Metall mit Gummibeschichtung in Richtung der Spannpratze gedrückt und das Werkstück verklemmt. Die Spannkräfte, die so erzielt werden können, sind auf einem ähnlichen Niveau wie bei der Methode mit einer Mutter, jedoch mit dem großen Vorteil, dass der Exzenter jederzeit leicht wieder gelöst werden kann, sollten z. B. aufgrund des Fahrwegs des Fräsers Justierungen notwendig sein. Exzenterhebel gibt es in verschiedenen Ausführungen. Aus Kostengründen und aufgrund der relativ geringen Kräfte beim Spannen von Werkstücken im Schuleinsatz ist aber ausreichend, wenn sie aus einem zähen Kunststoff bestehen. Solche Hebel können kostengünstig zugekauft werden und sind je nach Abnahmemenge für circa 6 € zu erwerben.

Abbildung 3: Spannpratze mit Treppenbock.


Abbildung 4: Spannpratze mit Exzenterhebel.


Abbildung 5: Exzenter in Originalform (links) und mit erweiterter Aussparung.


Abbildung 6: Spannpratze mit Drehhebel.


Die Varianz kann erhöht werden, wenn in den Hebel eine kleine Aussparung gefeilt wird. Er erhält damit eine größere Flexibilität(Abbildung 5) .

Aufgrund der Stabilität des Hebels sollte allerdings davon Abstand genommen werden, den Hebel bis fast zu seinem Ende, vom Drehpunkt aus gesehen, mit einer solchen Aussparung zu versehen, da er dabei instabil wird. Zudem ist eine so entstehende Verletzungsgefahr nicht auszuschließen, da zum Spannen die Hand des Bedieners den Hebel umfasst und diese mit einer entsprechend langen zu spannenden Schraube beim Kippvorgang kollidieren kann. Auch ist es nicht sinnvoll, übermäßig lange Schrauben in diesem Fall zu verwenden, da dadurch ein Kollidieren der Fräsmaschine mit der Schraube wahrscheinlicher wird.

Zweitens kann ein Drehhebel eingesetzt werden(Abbildung 6) .

Beim Drehhebel kann, nach erfolgreichem Spannen, der Hebel durch Anheben so verdreht werden, dass er sich nicht im Fahrweg der Fräsmaschine befindet. Es gibt sowohl Varianten aus Kunststoff als auch aus Metall. Preislich liegt er in der Metallvariante circa bei 1,50 € pro Stück und damit nur bei einem Viertel eines Exzenterhebels aus Kunststoff.

Kniehebelspanner

Kniehebelspanner werden z. B. beim Bohren und Sägen eingesetzt. Es gibt sie in senkrechten und waagrechten Ausführungen(Abbildung 7) .

Waagrechte Kniehebelspanner sind ab circa 8 € erhältlich. Sie müssten mit vier Maschinenschrauben oder Nutensteinen mit passenden Gewindestangen auf dem Maschinentisch befestigt werden. Am Druckpunkt schützt eine Kunststoffkappe das Werkstück. Insgesamt ist eine vergleichsweise große Vorbereitungszeit bis zum tatsächlichen Spannen erforderlich. Außerdem hat selbst die waagrechte Bauform eine relativ große Höhe.

Seitlich wirkende Spannkraft

Hier habe ich zwei Varianten von Lösungen ausgewählt: den Maschinenschraubstock und einen Exzenterfederspanner, der bei den computergesteuerten Fräsen der Fa. Max Computer zum Lieferumfang gehört(Abbildung 8) .

Die Spannmöglichkeit funktioniert mit einem Exzenter, welcher eine aufgerollte Metallfeder (in der Abbildung links auf ca. 10 Uhr) gegen das Werkstück drückt. Da der Druck von der Seite einwirkt, braucht die Vorrichtung ein Gegenlager auf der anderen Seite. Hier empfiehlt sich der Anschlag am Maschinentisch, mit dem die Systeme standardmäßig ausgestattet sind. Der Exzenter wird mit dem Kopf einer Sechskantschraube (inAbbildung 8 auf der Unterseite, also nicht zu sehen) in die T-Nut des Maschinentisches eingeführt, an das zu spannende Werkstück geschoben und mit einem Innensechskantschlüssel festgeschraubt. Im Anschluss kann das eigentliche Spannen vorgenommen werden, indem ein Hebel im Uhrzeigersinn bis zu seinem Endpunkt bewegt wird. Dabei drückt der Exzenter die Metallfeder gegen das Werkstück. Pro Stück kostet dieses Spannmittel 17,– €.

Abbildung 7: Kniehebelspanner waagrecht.


Abbildung 8: Exzenterfederspanner.


Abbildung 9: Leichter Maschinenschraubstock aus Aluminium.


Maschinenschraubstock

Die von der Ständerbohrmaschine bekannte Spannart kann ohne größere Vorbereitungsmaßnahmen auch an der Fräsmaschine zum Spannen von Werkstücken verwendet werden. Ein Problem stellt das Gewicht des Schraubstocks dar. Die Antriebsmotoren müssen die Mehrbelastung an Gewicht im Einsatz bewegen können, ohne dass die Zahnräder, welche über ein Schneckengetriebe den Frästisch bewegen, verstellt werden. InAbbildung 9 ist ein leichter Schraubstock aus Aluminium abgebildet, der allerdings 140 € kostet.

Befestigt werden kann der Maschinenschraubstock mit Maschinenschrauben, welche mit ihrem Kopf in das T-Schienensystem eingeführt und dann mit Muttern festgeschraubt werden. Eine andere Möglichkeit bieten Nutensteine, in die von oben Maschinenschrauben eingeführt werden. Besonders diese Methode macht es einfacher, den Schraubstock auf dem Frästisch falls notwendig zu verschieben, da die Köpfe von Maschinenschrauben zum Verkanten in T-Schienen tendieren.

Ist der Maschinenschraubstock einmal installiert, stellt wohl kaum eine andere auf den Frästisch aufbauende Spannmethode eine schnellere Möglichkeit dar, Werkstücke stabil, sicher und werkzeuglos einspannen zu können. Zudem gibt es durch diese Spannart keine Bereiche der Werkstückoberfläche, die durch eine Spannbefestigung nicht bearbeitet werden könnten. Einziges Hindernis können die Spannbacken sein, welche das Werkstück festhalten und damit entweder in Xoder Y-Richtung den Fahrweg der Fräsmaschine auf dem Werkstück einschränken. Befindet sich das Werkstück jedoch nicht tief zwischen den Spannbacken, sondern liegt oben auf, ist nur eine Einschränkung in Z-Richtung an den Angriffspunkten der Spannbacken anzumerken. Der Maschinenschraubstock eignet sich besonders für Werkstücke mit parallel zueinander stehenden Kanten. Liegen andere Werkstückformen vor, muss im Einzelfall überprüft werden, ob hierbei die Spannmöglichkeit des Maschinenschraubstocks nicht zum Verdrehen oder Verkanten des Spannmittels bzw. Werkstücks und damit zum Beschädigen desselbigen führt.

Von unten wirkende Spannkraft

Systeme, bei denen die Spannkraft vom Maschinentisch aus wirkt, bieten die Möglichkeit, dass Werkstückoberflächen ganz frei von Vorrichtungen bleiben, sodass Werkzeug-Spannmittelkollisionen ausgeschlossen sind. In der Industrie sind vorwiegend zwei Wirkprinzipien im Einsatz: das Niederhalten über Magnetkraft und über ein Vakuum.

Vakuumtische

Eine der wohl sichersten und weit verbreiteten Spannmethoden ist der Vakuumtisch. Er ermöglicht, ganz ohne Beschädigung des Werkstücks, ein stabiles und sicheres Spannen auf einem Maschinentisch. Dazu ist zum einen eine vakuumerzeugende Absaugung vonnöten und zum anderen ein spezieller Maschinentisch. Dieser unterscheidet sich vom üblichen System der T-Schienen, wie sie normalerweise bei Fräsmaschinen verwendet werden. Er besteht beispielsweise aus einer Lochrasterplatte, die an die Vakuumpumpe angeschlossen ist. Grundsätzlich können alle Löcher der Platte als Absaugpunkte verwendet werden, je mehr Löcher, desto höher die Flexibilität. Durch nicht genutzte Löcher ginge jedoch Haltekraft verloren. Um das zu vermeiden, wird Fläche, welche nicht vom Werkstück bedeckt ist, mit einer Gummimatte abgedeckt werden(Abbildung 10) .

Zum Schutz des zu spannenden Werkstücks wird dieses auf eine durchlässige Gummimatte gelegt. So ist ein komplett werkzeugloses Spannen möglich. Bei einem starken Vakuum ist ein Verschieben oder Verrutschen des Werkstücks auch durch Vibrationen beim Fräsvorgang nahezu ausgeschlossen, weil es keine kraftschlüssigen Verbindungen gibt, die gelöst werden könnten. Zudem wird der Werkstoff in keiner Weise verkratzt, gestaucht oder anderweitig beschädigt. Eine andere Variante des Vakuumtischs besitzt ein kleinteiliges Netz aus im 90-Grad-Winkel zueinander verlaufenden Nuten im Maschinentisch und (wenige) Absaugpunkte. Die nicht benötigten Nuten werden mit einer durchlaufenden Gummidichtung verschlossen, sodass nur die zur Vakuumerzeugung erforderlichen Absaugpunkte angesteuert werden.

Abbildung 10: Vakuumplatte mit Gummimatte.


Ungeeignet ist die Spannmethode des Vakuumtischs bei Werkstücken, welche Bohrungen aufweisen bzw.nicht plan aufliegen oder keine glatte Oberfläche aufweisen, weil dann kein spannendes Vakuum erzeugt werden kann. Besonders bei sehr kleinen Bauteilen kann es außerdem vorkommen, dass der von der Vakuumpumpe erzeugte Unterdruck zum Spannen nicht ausreicht.

Preislich liegen die günstigsten Vakuumtische bei etwa 50 € pro Stück, wobei dies stark von der Größe und gewünschten Haltekraft abhängig ist.

Magnetspannplatte

Eine in der Industrie fest verankerte Methode stellt die Magnetspannplatte für Werkstücke mit ferromagnetischen Eigenschaften dar. Sie ist sicher und lässt sich schnell herstellen. Hierbei wird unterschieden zwischen einem Dauermagneten, welcher durch die mechanische Betätigung eines Hebels in Kraft gesetzt wird, einem Elektromagneten und einem durch einen kurzen elektronischen Impuls zum Spannen verwendbaren Elektro-Permanentmagneten(Abbildung 11) .

Die Anschaffungspreise fallen unterschiedlich aus, zwischen 320 € und 1000 €, wobei die erstgenannte Methode am günstigsten ist.

Auch stellt das Durchbohren des zu spannenden Materials beim Spannen mit Magnetspannplatten ein großes Problem dar, da dies nur bei der Variante mit Elektro-Permanentmagnet und zusätzlichen Vorbereitungsschritten und Bauteilen möglich ist.

Vergleich der Spannmethoden

Zunächst sollen die Spannmethoden ohne ihre Passung auf die schulischen Bedingungen verglichen werden. Amkostengünstigsten sind Spannpratzen – nicht nur, aber besonders, wenn man sie selbst herstellt. Das ist bei den anderen Varianten nur noch beim Schraubstock möglich. Bei der Bewertung der Funktionssicherheit der Spannvorrichtungen müssen die Einsatzbedingungen bedacht werden. Bei weichen Werkstoffen und geringen Kräften, z. B. beim Gravieren von Linien oder Schrift, bieten alle Vorrichtungen ausreichende Sicherheit. Die Exzenterfederspanner kommen bei größeren Kräften schnell an ihre Grenzen. Magnet- und Vakuumspanner bilden das andere Ende der Skala. Sie sind allerdings im Vergleich teuer, nicht nur in den Anschaffungskosten, sondern auch in Bezug auf die erforderliche Ausrüstung und die Betriebskosten.

Für dasSpannen von dünnen Werkstücken sind Vorrichtungen, bei denen die Kräfte von unten einwirken, am vorteilhaftesten. Es kann zu keinen Aufwölbungen kommen, durch die das Werkstück losgerissen werden kann. Ungeeignet sind dafür die seitlich spannenden, weil hier die Bleche gewölbt werden mit der Gefahr des Verkantens des Werkzeuges und unterschiedlichen Eintauchtiefen am Rand und in der Mitte. Ab einer Dicke von ca. 3 mm spielt bei Spannpratzen das Aufwölben keine besondere Rolle mehr.

Die günstigen und sicher spannendenSpannpratzen haben drei zentrale Nachteile: Wo sie auf dem Werkstück aufsitzen, kann nicht gefräst werden. Über ihnen muss mit ausreichendem Rückzugsabstand gearbeitet werden und die Montage ist vergleichsweise zeitaufwändig. In diesen Segmenten sind die von unten wirkenden Vorrichtungen und auch Maschinenschraubstöcke überlegen. Sie müssen einmal eingerichtet werden, dann sind weitere Spannvorgänge schnell und mit sicherem Ergebnis realisierbar. Dienebenstehende Tabelle gibt einen zusammenfassenden Überblick.

Abbildung 11: Magnetspannplatte mit Elektro-Permanentmagnet.


Tabelle 1: Vergleich der Spannmethoden (Legende: S = Schraube, M = Mutter, Nst = Nutenstein, Trb = Treppenbock, Uls = Unterlegscheibe, Dh = Drehhebel, Exz = Exzenterspanner, Gws = Gewindestange)


Eignung der Spannvarianten im Unterricht

Ich habe den Umgang von Schülerinnen und Schülern mit den drei Spannmöglichkeiten untersucht, die verfügbar gemacht werden konnten: Spannpratze, Exzenterfederspanner und Maschinenschraubstock. Wie die Schüler mit den Vorrichtungen umgingen, wurde durch eine Handlungsbeobachtung erfasst. Ihre Aussagen und Bewertungen in einer abschließenden Besprechung wurden erfasst und ausgewertet. Es ergibt sich folgendes Bild:

Spannen mit Spannpratzen

Sie bildete bei den Schülern einen der Favoriten, besonders die Spannpratze mit zwei Schrauben und einer Mutter. Interessant ist, dass einige Schüler zwar schon mit Spannpratzen gearbeitet hatten, die vorhandene Version der Schule jedoch als negativ einstuften. Sie bestand aus dünnem Stahlblech und war daher stark verbogen. Deshalb würden sie, so sagten sie, nahezu ausnahmslos mit den Exzenterfederspannern arbeiten. Sie merkten allerdings auch an, dass sie mit dieser Vorrichtung oft nicht im ausreichenden Maße in der Lage waren, das Werkstück sicher einzuspannen.

Nicht erwartet hatte ich, dass sie sich mehrheitlich für eine Variante der Spannpratze entschieden, welche mit dem Einsatz von Werkzeug gespannt werden muss. Nur wenige Schüler wählten die Varianten mit Exzenteroder Klemmhebel aus. Als Hauptgrund gaben sie an, dass in aller Regel die unterschiedlichen Schraubenlängen zum Spannen unterschiedlich dicker Werkstücke ausreichen würden. Dies stellt bei der Verwendung eines Exzenters oder Hebels anstelle der Schraube das zentrale Problem dar: Da sie nicht nach oben durchlässig sind, muss die Schraube, an welcher der Exzenter oder Hebel befestigt ist, speziell für das zu spannende Werkstück in seiner Länge angepasst werden. Dadurch wird der Spannvorgang, obwohl er werkzeuglos erfolgt, deutlich verlängert, was den Geschwindigkeitsvorsprung komplett zunichte machen kann.

Es lagen im Unterricht zwar Schrauben in unterschiedlichen Längen aus, doch fiel mir auf, dass die Schüler trotzdem oft ausprobieren mussten, bis sie eine passende gefunden hatten. Besonders das Einführen der Schraubenköpfe in die T-Nuten des Frästischs bereitete aufgrund von Staub oder einem Grat in der Schiene Probleme. So ist zu erklären, dass sich viele Schüler für eine Variante der Spannpratze entschieden, bei welcher im Zweifel eine Schraubenlänge für jede Werkstückdicke verwendet werden konnte. Schüler, welche wiederum die Spannpratze überhaupt nicht in den Kreis ihrer Favoriten aufnehmen wollten, erklärten mir, dass sie nicht sofort gewusst hätten, wie sie diese verwenden müssten, und deshalb eine bekannte Methode zum Spannen gewählt hätten, um den Arbeitsauftrag zügig umsetzen zu können.

Nur wenigen Schülern war das Prinzip des Exzenters bekannt, welchen sie von der Befestigung des Fahrradsattels eigentlich kennen müssten. Zwei Schüler, die beim Umgang mit den Vorrichtungen sehr sicher wirkten, sahen die Vorteile einer werkzeuglosen Spannmethode mit Exzenter oder Klemmhebel und wählten diese beiden Varianten zu ihren Favoriten. Das lässt vermuten, dass mit einer genauen Vorstellung der Spannmethoden andere Spannvorrichtungen die Favoriten der SuS geworden wären.

Ein Schüler erklärte mir z. B., dass sein Vater im Metallbereich arbeiten würde und er schon einige Male bei ihm in der Werkstatt gewesen sei. Für ihn zählte der Treppenbock zu den Favoriten, welchen er als Einziger in der Klasse sofort und ohne Erklärung richtig einsetzen konnte. Das könnte erklären, warum der Treppenbock als konterndes Gegenstück an der Spannpratze mit all seinen Vorteilen nicht präferiert wurde.

Als negativ bewerteten einige Schüler, dass die Spannpratze über alle Befestigungsmöglichkeiten hinweg, besonders beim Exzenterhebel, die Oberfläche des Werkstücks zerkratzt hätte. Die untere Kante der Spannpratze hätte oft eine Kerbe hinterlassen. Das führten sie auf ein zu starkes Festspannen zurück, was sich tatsächlich bei den Handlungen der Schüler beobachten ließ.

Spannen mit Exzenterfederspanner

Nur wenige Schüler wählten den Exzenterfederspanner als ihren Favoriten aus – und das waren gleichzeitig jene, die Holz mit einer ausreichenden Dicke spannten. Allerdings beschrieben sie bei der Besprechung die Schwachstellen dieser Vorrichtung sehr genau (kein sachgemäßes und sicheres Spannen dünner Werkstücke möglich, geringe Stabilität). Im vorhergehenden Unterricht kombinierten sie meistens die Federspanner mit doppelseitigem Klebeband. Dieses Vorgehen ließ sich am Zustand der Frästische ablesen: Sie wiesen Kleberückstände auf, die dazu führten, dass ein genaues, planes Auflegen von Werkstücken nicht immer möglich war. Große Probleme ergaben sich, wenn die Werkstücke so groß waren, dass sie nicht gegen den Anschlag an der Kante des Frästischs gespannt werden konnten, was sich durch die Abstände der T-Schienen ergab. Hier musste mit Zulagen gearbeitet werden, was den Handlingvorteil der Exzenter teilweise zunichte machte.

Die Schüler, die als Versuchsstücke ein Aluminiumteil und eine Platine spannen sollten, gaben nach dem Ausprobieren, schon vor Beginn des Fräsvorgangs, die Rückmeldung, dass sie mit dem Exzenterfederspanner lieber nicht spannen wollten. In der abschließenden Diskussion konnten sie das sachlich begründen.

Spannen mit dem Maschinenschraubstock

Diese Spannmethode stellte bei allen Schülern den zweiten Favoriten dar. Sie hatten damit schon gearbeitet und bewerteten besonders positiv die einfache Handhabung und die Möglichkeit, Wissen und Können aus der Arbeit an der Ständerbohrmaschine übertragen zu können.

Negativ sahen sie den Aufwand bei der Befestigung des Schraubstocks auf dem Maschinentisch und dass nur Werkstücke bis zu einer bestimmten Größe gespannt werden können.

Ich konnte bei der Arbeit der Schüler gut beobachten, dass sie mit dieser Spannmethode am schnellsten zurechtkamen und dass die Ergebnisse in den meisten Fällen positiv waren. Zwei Einschränkungen gibt es: Sie spannten die Werkstücke sehr fest ein, was beim Fräsen von Platinen und Kunststoffplatten dazu führte, dass sich die Werkstücke nach oben wölbten. Den Schülern fiel das nicht gleich auf, sodass ich eingreifen musste. Und die Druckstellen auf dem Werkstoff bewerteten sie negativ.

Empfehlungen für den Schuleinsatz

Nach Betrachtung aller von mir aufgelisteten Spannmethoden und sämtlicher Vergleiche ergibt sich für mich ein abschließendes Fazit. Gibt es sie also, die eine, universelle Spannvorrichtung für den Schuleinsatz?

Die unterschiedlichen Spannmethoden haben spezifische Vor- und Nachteile, je nach Umgebungsbedingungen. Eine „Allzweckwaffe“ konnte ich im Zuge meiner Recherchen nicht feststellen. Eines kann aber mit großer Bestimmtheit festgehalten werden: Es gibt weit mehr Spannvorrichtungen für die computergesteuerten Fräsmaschinen im Technikunterricht als die, welche zum Lieferumfang der Maschinen gehören. Und nicht nur das: Es gibt auch weit bessere und vielseitigere Möglichkeiten. Es ist m. E. sehr sinnvoll, vorgegebene Lösungen nicht als gegeben hinzunehmen und sich stets nach Alternativen umzuschauen.

Das Thema des sicheren Aufspannens von Werkstücken ist von großer Bedeutung: erstens im Hinblick auf die Verantwortung der Lehrerin und des Lehrers für die Sicherheit im Unterricht. Sicherheit beim Umgang mit technischen Geräten ist aber auch ein Thema von exemplarischer Bedeutung. Im Berufsleben wird i.d. R. penibel darauf geachtet, sodass dieser Unterricht Chancen für berufsorientierende Inhalte bietet. Außerdem sollen die Schüler auch in ihrem Privatleben sensibilisiert sein für die Bedeutung von Arbeitsvorbereitungen gerade in Bezug auf ihre eigene Sicherheit.

Durch das praktische Erproben und Analysieren verschiedener technischer Lösungen können Schüler in die Lage versetzt werden, den Variantenreichtum als Merkmal von Technik zu erkennen. Und es unterstützt sie dabei, bei eigener Lösungssuche in Alternativen zu denken und einmal gefundene Lösungen auf ihre Eignung für bestimmte Einsatzgebiete hin zu reflektieren und vergleichend zu bewerten.

Diese Möglichkeiten, welche die nähere Behandlung mit dem Thema „Spannen an der Fräsmaschine“ bietet, sollten Ansporn dafür sein, Schüler aktiv in den reflektierenden Entscheidungsprozess beim Spannen an der computergesteuerten Fräsmaschine einzubinden.

Abbildungsnachweis:
Abbildung 1: Grafik Funktionsprinzip Spannpratze; Martin Binder
Abbildung 2: Spannpratze mit zwei Maschinenschrauben und Sechskantmutter sowie Variante mit Nutenstein; Holger Götz
Abbildung 3: Spannpratze mit Treppenbock; Holger Götz
Abbildung 4: Spannpratze mit Exzenterhebel; Holger Götz
Abbildung 5: Exzenter in Originalform (links) und mit erweiterter Aussparung; Holger Götz
Abbildung 6: Spannpratze mit Drehhebel; Holger Götz
Abbildung 7: Kniehebelspanner waagrecht; https://www.feinewerkzeuge.de/kniehebelspanner.html.
Abbildung 8: Exzenterfederspanner; http://www.max-computer.de/x5d/spannmittelverbrauchs-material.html
Abbildung 9: leichter Maschinenschraubstock aus Aluminium; http://www.max-computer.de/x5d/spannmittel-verbrauchs-material.html
Abbildung 10: Vakuumplatte mit Gummimatte; https://www.heise.de/select/make/2016/2/1461219404057305
Abbildung 11: Magnetspannplatte mit Elektro- Permanentmagnet; https://www.spreitzer.de/spanntechnik/magnetspanntechnik/elektro-permanent-magnetspannplattespqx-rd50/