Vakuum in der Holzbearbeitung – Teil 2

Nachdem wir uns in der letzten Ausgabe mit grundlegenden Themen der Vakuumtechnik auseinandergesetzt haben, wenden wir uns heute den verschiedenen Arten der Vakuumerzeugung zu.

(industrietreff) - Dabei wollen wir uns im Wesentlichen auf das Thema „Vakuumspannen auf Bearbeitungsmaschinen“ beschränken, einen Bereich, der mit der fortgeschrittenen Automatisierung in der Möbelindustrie und anderen Bereichen der holzbearbeitenden Industrie maßgeblich an Bedeutung gewonnen hat. Parallel zu dieser Entwicklung ist auch das Thema Wirtschaftlichkeit immer mehr in den Fokus von Produktionsleitern oder Technikverantwortlichen gerückt.

Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten, Vakuum zu erzeugen. Zum Spannen unter Vakuum können verschiedene mechanische Vakuumpumpen eingesetzt werden, die wir in der Folge vorstellen.

Ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen
Ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen sind die eigentlichen „Klassiker“ zum Spannen auf Bearbeitungsmaschinen. Sie wurden vor Jahrzehnten fast ausschließlich eingesetzt. Sie stehen für Betriebssicherheit, Robustheit und einen niedrigen Enddruck von unter einem Millibar, was einem Vakuumniveau von 99,9 Prozent entspricht. Sie garantieren bei diesem hohen Vakuum genügend Leistungsreserven beim Saugvermögen und stehen deshalb für schnelles und sicheres Spannen.
Das hohe Vakuumniveau ermöglicht die permanente Ölzufuhr im Verdichtungsraum. Das Öl wird in einem internen Kreislauf durch die Vakuumpumpe gefördert, wo es abdichtet, schmiert und die Kompressionswärme abführt. Das Öl sollte, zusammen mit dem Ölfilter alle 2.000 Betriebsstunden erneuert werden.
Diese Vakuumpumpen sind bei Bearbeitungsmaschinen mit einem Saugvermögen von mehr als 160 Kubikmetern pro Stunde inzwischen durch trockene Vakuumtechnologien ersetzt worden. Bei kleineren Bearbeitungsmaschinen, beziehungsweise bei Spannvorrichtungen, die mit kleineren Saugvermögen auskommen, arbeiten ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen nach wie vor wirtschaftlich und mit hoher Zuverlässigkeit.

Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen
Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen, die mit Wasser als Betriebsmittel Vakuum erzeugen, arbeiten nach einem Prinzip, das bereits 1890 entwickelt wurde. Sie konnten sich allerdings für das Vakuumspannen nicht richtig durchsetzen, da das Wasser als Betriebsmittel einen gewissen Wartungsaufwand mit sich bringt, der vom täglichen Auffüllen des Wassers bis hin zur regelmäßigen Reinigung des Wasserkreislaufs reicht. Das Vakuumniveau dieser Vakuumpumpen ist abhängig von der Wassertemperatur. Mit steigender Wassertemperatur verschlechtert sich der erreichbare Enddruck und somit die Saugleistung. Die höchste Saugleistung wird bei Temperaturen bis 15° C erreicht. Bereits bei einer Wassertemperatur von 40° C reduziert sich das Saugvermögen auf 40 Prozent des ursprünglichen Wertes.

Der große Vorteil der Flüssigkeitsring-Vakuumtechnologie liegt in der hohen Wasserdampf- und Feuchtigkeitsverträglichkeit. Ein Vorteil, der beim Spannen auf Bearbeitungsmaschinen nicht ausgespielt werden kann, diese Vakuumpumpen aber geradezu für die Holztrocknung oder -imprägnierung prädestiniert.

Trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpen
Drehschieber-Vakuumpumpen, die ohne Betriebsmittel arbeiten, also weder Öl noch Wasser zur Verdichtung der abgesaugten Luft benötigen, werden als „trockenlaufend“ bezeichnet. Diese Vakuumpumpen werden sehr häufig zum Vakuumspannen eingesetzt, weil ihre Investitionskosten verhältnismäßig niedrig sind. Das Verdichtungsprinzip ist dasselbe, wie bei ölgeschmierten Drehschieber-Vakuumpumpen. Allerdings werden, bedingt durch die fehlende Ölschmierung, sogenannte „selbstschmierende“ Schieber oder Lamellen aus einem Kohlegraphitwerkstoff eingesetzt. Diese haben den Nachteil, dass sie sich abnützen und regelmäßig ersetzt werden müssen, um der Gefahr eines Schieberbruches vorzubeugen und damit einen Totalausfall zu vermeiden. Der Verschleiß der Schieber wirkt sich auch auf die Leistung dieser Vakuumpumpen aus. Bereits nach einer Betriebszeit von 2.000 Stunden kann das Saugvermögen einer trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpe bereits nur noch 85 bis 90 Prozent des ursprünglichen Saugvermögens betragen. Die Standzeit der Schieber ist, unter anderem, vom zu bearbeitenden Material abhängig. Abrasiver MDF-Staub beschleunigt den Schieberverschleiß, so dass bei Drei-Schicht-Betrieb die Schieber mindestens halbjährlich kontrolliert und gegebenenfalls erneuert werden müssen. Neben den nicht zu unterschätzenden Kosten für die Beschaffung dieser Spezialschieber ist gerade bei diesem Pumpentyp auch der Energieverbrauch in Abhängigkeit mit dem Saugvermögen kritisch zu betrachten.
Durch die Wartungs- und Energiekosten sind trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpen eigentlich nur bis zu einer Baugröße von etwa 100 Kubikmetern Saugvermögen pro Stunde zu empfehlen. Je kleiner die Baugrößen, umso geringer ist der Schieberverschleiß, da sich der Durchmesser des Verdichtungsraumes verkleinert. Dadurch verringern sich die Umfangsgeschwindigkeit der Schieber und die Distanz, die der einzelne Schieber beim Gleiten in und aus den Rotorschlitzen zurücklegen muss.

Mink Klauen-Vakuumpumpen
Mitte der 1990-er Jahre entwickelte die Firma Busch Vakuumpumpen und Systeme ein völlig neues Prinzip der Vakuumerzeugung: die Mink Klauen-Vakuumtechnologie. Diese Technik, die ständig verfeinert wurde, hat seitdem Einzug in die Holzverarbeitung gehalten.
Heute wird die dritte Generation dieser Vakuumpumpen bereits von mehreren führenden Herstellern von CNC-Bearbeitungsmaschinen eingesetzt.
Mink Klauen-Vakuumpumpen arbeiten ebenfalls ohne Betriebsmittel wie Öl oder Wasser. Im Gehäuse drehen sich zwei klauenförmige Rotoren. Diese berühren sich weder gegenseitig noch das Gehäuse. Das heißt, es tritt keine Reibung und somit kein Verschleiß auf. Dadurch ist eine annähernd wartungsfreie Vakuumerzeugung möglich. Die Wartungsarbeiten beschränken sich auf einen zweijährigen Getriebeölwechsel. Die berührungsfreie Verdichtung der abgesaugten Luft hat zudem den Vorteil, dass die Stromaufnahme gegenüber anderer Vakuumpumpen drastisch reduziert ist und die Mink Klauen-Vakuumpumpe die energieeffizienteste Art der Vakuumerzeugung beim Vakuumspannen darstellt.
Technisch bedingt ist die Mink Klauen-Vakuumpumpe die einzige der hier besprochenen Vakuumerzeuger, die vollumfänglich bedarfsabhängig gesteuert werden kann. Das heißt, der Pumpe kann ein bestimmter Sollwert (Enddruck) vorgegeben werden, bei dessen Erreichen die Drehzahl automatisch reduziert wird oder die Pumpe selbständig abschaltet. Dadurch sind weitere Energieeinsparungen möglich. Deshalb bietet Busch alle Baugrößen von 40 bis 900 Kubikmeter Saugvermögen pro Stunde sowohl mit Energiesparmotoren als auch mit frequenzgeregelten Motoren an.

Zusammenfassung
Es gibt verschiedene Möglichkeiten das Vakuum zum Spannen zu erzeugen. Prinzipiell muss im Einzelfall abgewogen werden, welche Vakuumpumpe die ideale Lösung darstellt. Die Grafik soll helfen eine Vorentscheidung zu treffen. Grundsätzlich ist es aber zu empfehlen, bei der Auswahl und Dimensionierung einen Spezialisten hinzuzunehmen.
Busch Vakuumpumpen und Systeme bietet sogenannte Vakuumaudits an, bei denen ein Vakuumexperte vor Ort eine Bestandsaufnahme durchführt und danach Verbesserungsvorschläge die Technik, Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit betreffend macht.

In der nächsten Ausgabe:
Vakuumspannen – Kniffe und Tricks zum effektiven und sicheren Spannen

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Datum: 23.09.2020 - 10:43 Uhr
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