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CNC-Bearbeitungsmaschine mit Konsolen und Vakuumblocks: Während auf der einen Seite das Werkstück bearbeitet wird, kann auf der anderen Seite das fertige Werkstück entnommen oder das neue aufgespannt weden. Quelle: Busch Vacuum Solutions

Vakuum in der Holzbearbeitung – Teil 3

In den beiden letzten Ausgaben sind wir bereits ausführlich auf die Vakuumtechnik im Allgemeinen und auf die verschiedenen Möglichkeiten der Vakuumerzeugung im Speziellen eingegangen. Wie sieht es aber in der täglichen Praxis aus? Worauf muss man achten, wie kann man die Vakuumversorgung optimieren? Die Feststellung „Das Vakuum ist zu schwach, um mein Werkstück zu halten“ muss nicht immer unbedingt mit der Leistung der installierten Vakuumpumpe zusammenhängen. Deshalb möchten wir hier ein paar Kniffe und Tricks zur Installation, zum Betrieb und zur Wartung der Vakuumversorgung weitergeben.

Auf CNC-Oberfräsen, beziehungsweise auf Bearbeitungszentren kommen in aller Regel drei verschiedene Spannmethoden mit Vakuum zum Einsatz:

  • Rastertisch
    • 1. Auf der mit einer Dichtschnur abgedichteten Fläche wird ein Werkstück direkt aufgelegt, gespannt und bearbeitet.
    • 2. Eine Schablone oder andere Vorrichtung wird auf dem Rastertisch angesaugt oder mechanisch befestigt und das eigentliche Werkstück darauf gespannt und bearbeitet.


  • Nesting auf Rastertischen
    Auf dem Rastertisch wird eine luftdurchlässige Platte, meist MDF aufgelegt und durch das Vakuum gehalten. Auf diese MDF-Platte wird das Werkstück gelegt und durch die MDF-Platte hindurch angesaugt. Eventuell wird eine zweite Platte als Opferplatte verwendet.


  • Konsolen mit Vakuumblocks
    Anstelle eines großflächigen Bearbeitungstisches besteht dieses System aus einzelnen Konsolen, die der Werkstückform entsprechend angebracht werden können. Diese Konsolen werden mit Vakuumsaugern (Vakuumblocks) bestückt. Das Werkstück liegt auf diesen Vakuumblocks auf und wird über sie angesaugt und gehalten. Alle Vakuumblocks sind über interne Leitungskanäle mit der Vakuumversorgung verbunden.

Als Faustregel ist davon auszugehen, dass beim Nesting-Verfahren größere Vakuumpumpen eingesetzt werden müssen, das heißt Vakuumpumpen, die ein höheres Saugvermögen haben. Der Grund ist, dass die Vakuumpumpe durch die ganze Fläche der MDF-Platte permanent Luft ansaugt, während diese Platte oft nicht komplett von einem Werkstück abgedeckt wird. Die Vakuumpumpe muss also während des gesamten Bearbeitungsvorgangs mehr Luft absaugen, als für das eigentliche Spannen nötig wäre. Bei Konsolen mit Vakuumblocks oder beim direkten Spannen auf Rastertischen gibt es diese zusätzliche „Ansaugfläche“ nicht.

Installation der Vakuumpumpe

Für alle Vakuumspannverfahren gilt: Die Vakuumpumpe sollte möglichst nahe bei oder in der Bearbeitungsmaschine installiert werden, um eine möglichst kurze Leitungslänge zwischen der Spannvorrichtung und der Pumpe zu realisieren. Denn die Vakuumpumpe muss nicht nur die Luft zwischen Werkstück und dessen Auflage (Rastertisch, MDF-Platte oder Vakuumblock) absaugen, sondern auch das ganze Volumen in den Rohrleitungen oder Schläuchen. Mit der Länge der Leitung, der Anzahl von Ventilen, Rohrverbindungen, Verzweigungen, Krümmern und so weiter steigt auch die Gefahr von Leckagen. Dies bedeutet, dass Luft durch undichte Stellen eindringen kann, die zusätzlich von der Vakuumpumpe abgesaugt werden muss.

TIPP: Sollte eine Verrohrung zwischen Spannvorrichtung und Vakuumpumpe selbst vorgenommen werden, ist zu empfehlen, dass auf keinen Fall mit Hanf abgedichtet wird. Die Feuchtigkeit im Hanf wird durch das Vakuum entzogen, er trocknet schnell aus und verliert seine abdichtende Wirkung. Deshalb sollte Teflon-Band für die Abdichtung zwischen Fittings und Rohrleitungen verwendet werden.


Ein äußerst wichtiger Aspekt, der unbedingt berücksichtigt werden muss, ist der Leitungsdurchmesser. Dieser darf nie kleiner sein als der Ansaugflansch der Vakuumpumpe. Denn die Vakuumpumpe kann nur so viel Luft ansaugen, wie in einer bestimmten Zeit durch die engste Stelle in der Leitung gelangen kann. Ein Austausch der vorhandenen Vakuumpumpe durch eine größere und leistungsstärkere Pumpe hätte bei einer zu klein dimensionierten Leitung keinerlei positive Auswirkungen auf die Spannkraft. Es sollten auch möglichst enge Bogen oder Krümmer in einer Verrohrung vermieden werden, da diese den Luftstrom negativ beeinflussen.

Dichtheit der Vakuumversorgung


Je dichter das Netz der Vakuumversorgung ist, umso effektiver kann eine Vakuumpumpe arbeiten. Dies gilt nicht nur für die Rohr- oder Schlauchleitungen, sondern auch für die Spannvorrichtung selbst. Spannen direkt auf dem Rastertisch Hierbei ist zu beachten, dass die Fläche unterhalb des Werkstücks mit einer Dichtschnur sorgfältig und vollständig abgedichtet ist, das Werkstück die so abgedichtete Fläche vollständig bedeckt und dabei auf der ganzen Dichtschnur direkt aufliegt. Außerdem ist sicherzustellen, dass nur innerhalb des abgedichteten Teils des Rastertisches eine oder mehrere Zugänge zur Vakuumversorgung geöffnet sind. Es ist sicherzustellen, dass alle möglichen Absaugbohrungen im Tisch außerhalb der abgedichteten Fläche dicht geschlossen sind. Spannen mit Schablonen auf dem Rastertisch Hier muss die Schablone, falls sie mit Vakuum gespannt wird, wie oben beschrieben abgedichtet werden. Mechanisches Spannen ist allerdings auch möglich. Die Auflagefläche des Werkstücks in der Schablone selbst muss wiederum mit einer Dichtschnur korrekt und vollständig abgedichtet sein. Nesting-Verfahren: Wie oben beschrieben, gibt es beim Nesting-Verfahren immer dann Leistungsverluste durch Leckagen, wenn ein größerer Teil der MDF-Platte nicht von einem Werkstück abgedeckt wird.

TIPP: Wirksam helfen kann man sich in diesem Fall, indem man eine luftundurchlässige Platte, Matte oder Folie auf diese Flächen legt und mitansaugt.


Beim Nesting-Verfahren sollte auch die als Opferplatte verwendete MDF-Platte auf ihre Luftdurchlässigkeit geprüft werden. Je nach Hersteller der Platten, dem verwendeten Harz und der Zusammensetzung des Sägemehls kann die Luftdurchlässigkeit unterschiedlich sein. Hier muss man gegebenenfalls Versuche mit verschiedenen Platten machen, um das optimale Material zu finden. MDF-Platten werden bei der Herstellung heiß gepresst. Daher sind die Oberflächen weniger porös und luftdurchlässig als das Innere der Platten.

TIPP: Verwenden Sie eine zweite MDF-Platte und fräsen Sie die Konturen des Werkstückes ein. Dann ist die Platte im Bereich des Werkstückes, wo die Haltekraft wirken soll, luftdurchlässiger, zieht also dort mehr Luft als bei der restlichen Fläche der Platte.

Konsolen mit Vakuumblocks Beim Arbeiten mit Konsolen und Vakuumblocks sollte stets darauf geachtet werden, dass alle Vakuumblocks fest und mit der ganzen Fläche am Werkstück anliegen, damit keine Leckluft angesaugt werden kann. Nicht verwendete Vakuumblocks von der Vakuumversorgung trennen oder ganz entfernen.

Aufstellungsort der Vakuumpumpe


Wie bereits oben erwähnt, sollte die Vakuumpumpe möglichst nahe an der Bearbeitungsmaschine stehen oder in diese eingebaut sein, um möglichst kurze Leitungslängen zu haben. Es sollte aber auch bedacht werden, dass die Vakuumpumpe gut erreichbar ist, um eventuelle Kontroll- und Wartungsarbeiten durchzuführen. Außerdem sollte zumindest bei den luftgekühlten Vakuumpumpen auf genügend Frischluftzufuhr geachtet werden. Starke Verschmutzungen sind zu vermeiden. Moderne Vakuumpumpen haben eine glatte und leicht zu reinigende Oberfläche mit geringen Oberflächentemperaturen. Hier reicht ein regelmäßiges Abblasen von Staub oder Spänen mit Druckluft aus. Manche Vakuumpumpen können auch eine sehr heiße Oberfläche von bis knapp 100° C aufweisen. Hier besteht die Gefahr einer Selbstentzündung von Staub oder Spänen. In einem solchen Fall ist es besonders wichtig, dass die Vakuumpumpe regelmäßig auf Verschmutzungen geprüft und sauber gehalten wird.

Wartung der Vakuumpumpe


Alle Vakuumpumpen sollten grundsätzlich mit einem vorgeschalteten Filter (Ansaugfilter) versehen sein, der verhindert, dass Staub, andere Partikel oder Flüssigkeiten in die Vakuumpumpe gelangen können. Je nach Staubanfall muss dieser Filter regelmäßig gereinigt werden. In der Regel reicht das Ausblasen des Filterelements mit Druckluft.

TIPP: Achten Sie darauf, dass der Filter horizontal angebracht ist. Dann kann beim Öffnen des Filters und beim Entnehmen des Filterelements kein Staub in die Vakuumpumpe gelangen.
Ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen
Der Ölstand sollte regelmäßig durch Sichtkontrolle geprüft werden. Gegebenenfalls muss Öl nachgefüllt werden. Bei Schwarzfärbung des Öls ist ein Ölwechsel notwendig. Ein Wechsel der Filterelemente und des Öles sollte mindestens einmal jährlich, bei Drei-Schicht-Betrieb halbjährlich durchgeführt werden.

Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen
Die Wassermenge ist täglich zu prüfen und gegebenenfalls aufzufüllen. Auf Verschmutzung des Wassers muss geachtet werden und dieses bei Schlammbildung ausgetauscht und der Wasserkreislauf gereinigt werden. Sollte das gleiche Wasser auch zur Kühlung der Spindel verwendet werden, müssen auch die Kühlleitungen gereinigt werden.

Trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpen
Da die Schieber einem permanenten Verschleiß unterliegen, müssen sie regelmäßig überprüft werden. Dies muss bei größeren Vakuumpumpen (≤100 m3/h) halbjährlich geschehen. Dabei wird die Vakuumpumpe geöffnet, Stärke und Höhe der Schieber werden kontrolliert. Unterlässt man diese Kontrolle besteht die Gefahr eines Schieberbruchs und somit eines Totalausfalls der Vakuumpumpe.

TIPP: Falls trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpen im Dauerbetrieb gefahren werden, sollte immer eine Ersatzpumpe verfügbar sein, die nach einem Ausfall durch Schieberbruch sofort einsatzbereit ist.


MINK Klauen-Vakuumpumpe
Dank dem berührungsfreien Verdichtungsprinzip entsteht kein Verschleiß innerhalb der Vakuumpumpe, Ersatzteile sind nicht notwendig. Diese Vakuumpumpen haben aber, getrennt vom Verdichtungsraum, ein Synchronisationsgetriebe. Der Ölstand sollte einmal monatlich durch Sichtkontrolle am Ölschauglas geprüft werden. Ein Ölwechsel ist nach spätestens 20.000 Betriebsstunden nötig. In der Praxis empfiehlt sich bei Dreischichtbetrieb ein jährlicher Wechsel des Getriebeöls.

Steuerung


Üblicherweise ist die Steuerung der Vakuumpumpe in die Maschinensteuerung integriert. Dabei wird das Vakuum über Ventile beim Spannen zugeschaltet und nach Beendigung des Bearbeitungsvorganges wird die Spannvorrichtung zur Entnahme des Werkstücks wieder belüftet. Dabei läuft die Vakuumpumpe permanent weiter. Bei längeren Stillstand- oder Spannzeiten ist zu überdenken, ob durch die zusätzliche Installation eines Vakuumbehälters ein Puffervolumen vorgehalten werden kann, das ermöglicht, dass beim Erreichen des Enddrucks die Vakuumpumpe automatisch abschaltet und bei Erreichen eines voreingestellten Druckes wieder hochfährt. Aus energetischer Sicht ist der Einsatz einer frequenzgesteuerten Vakuumpumpe die beste Wahl. Sie kann sich durch die variable Drehzahl automatisch auf den Bedarf einstellen und verbraucht deshalb nur die Energie, die tatsächlich zum Spannen notwendig ist. Zur Optimierung der Steuerung sollte ein Vakuumspezialist zu Rate gezogen werden.