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Unter Druck

Vakuumtechnik: Basiswissen für Schreiner und Tischler
Unter Druck

Sie finden es an allen Ecken der Holzverarbeitung, aber kennen Sie das Vakuum wirklich? Wir decken häufige Missverständnisse auf und füttern Sie mit einer Portion Grundwissen für den Fertigungsalltag.

I Vakuumtechnik spielt im Schreiner- und Tischlerhandwerk eine wachsende Rolle: Beispielsweise beim Fixieren von Werkstücken während der CNC-Bearbeitung oder dem automatischen Abstapeln mit Vakuumsaugern. Hebegeräte für den Handbetrieb, wie Vakuumtraversen oder Schlauchheber helfen beim ergonomisch sinnvollen Transport zum Einsatzort und auch viele Hobelbänke sind heute mit Vakuumspannern bestückt – praktisch z. B. beim Schleifen empfindlicher Oberflächen.

Die Vielfalt möglicher Anwendungen ist nicht verwunderlich. Ein organisches Material wie Holz und die sanft dosierbare, aber dennoch kraftvolle Handhabung per Vakuum passen gut zusammen. Höchste Zeit zu verstehen, was dieses Vakuum eigentlich ist und wie seine Kraft über diverse Sauger-Bauformen und -Materialien auf die Platte oder Bohle kommt.
Muss man das als Schreiner wissen?
„Ja!“ sagt Michael Kaltenecker, Leiter des Geschäftsbereichs Kran- und Hebetechnik bei der Firma Fipa, Spezialist für Vakuumtechnik.
„Grundwissen in diesem Bereich ist nicht nur wichtig, um die Wartung eigener Produktionsmittel durchzuführen. Wer die Funktionsweise versteht, kann sich durchaus Wettbewerbsvorteile sichern“, weiß Kaltenecker. Zusammen mit seinen Kollegen aus der Technik, teils ehemalige Schreiner, berät er vor Ort Betriebe und übernimmt die Planung .
Oft missverstanden – hätten Sie’s gewusst?
Vakuum kommt vom lateinischen Wort „vacuus“ und bedeutet „leer“, was häufig bereits zum ersten Missverständnis führt. Denn Vakuum ist nicht zwingend der Zustand der absoluten (Luft-)Leere, sondern beginnt bereits, wenn der Luftdruck unter der Saugglocke geringer ist, als der Atmosphärendruck der Umgebung – daher auch: Unterdruck.
Ebenfalls zu Missverständnissen führt der Begriff „Saugen“. Wenn im allgemeinen Sprachgebrauch von Saugen die Rede ist, heißt das auch nur, dass der um uns herum herrschende (Atmosphären-)Luftdruck höher ist, als der Druck, unter der Glocke.
In Wirklichkeit wird also die Platte nicht angesaugt, sondern gegen den „Sauger“ gedrückt. Die als Sog empfundene Wirkung entsteht, weil die Umgebungsluft mehr Dichte hat.
Haltekraft trifft Holzwerkstoff
Unterschiedlich hohe Haltekräfte entstehen, indem sich die Parameter Druck und Fläche im Sauger verändern. Je höher der Unterdruck bzw. der Vakuumgrad, umso höher ist auch die Haltekraft pro cm². Als Formel ausgedrückt: Kraft (F) = Druck (p) x Fläche (A). „Eine einfache Rechnung bei saugdichten Werkstoffen, wie beschichteten Plattenmaterialien, denn hier kann ein hoher Vakuumgrad erreicht werden“, erklärt Kaltenecker. „Anders sieht es jedoch bei durchsaugenden Materialien, wie OSB und MDF oder bei sägerauen Oberflächen aus. Hier ist mit einer erhöhten Leckage zu rechnen, die den Unterdruck entweichen lässt.“
Auch Kernrisse oder Astlöcher machen den Aufbau eines hohen Vakuumgrades schwierig. Kompensiert werden diese Leckageverluste durch eine angepasste Vakuumversorgung. Je größer der Verlust, umso stärker muss die Saugkraft der Vakuumversorgung ausgelegt werden. Zur Erzeugung des Vakuums gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Sie rechter Hand im Kasten finden.
Welcher Sauger ist der richtige?
Die Auslegung der Vakuumversorgung richtet sich nach dem „schlimmsten“ Fall – also dem Material mit dem höchsten Gewicht sowie der vakuumtechnisch schwierigsten Beschaffenheit in Sachen Oberflächenstruktur oder/und Luftdurchlässigkeit etc.
Entscheidend ist aber auch die Wahl des passenden Saugers. Erhältlich sind verschiedenste Materialien und Bauformen, die in Kombination mit dem Vakuumerzeuger zum Einsatzbereich passen müssen. „Anhand von Materialmustern des Anwenders ermitteln wir mit Durchflussmengen-Messgeräten die Leckage und den maximalen Vakuumgrad“, so der Fachmann. Anhand dieser Werte werden dann die passenden Vakuumsauger und die notwendige Vakuumerzeugung ausgewählt (siehe Fotos). Für viele Anwendungsfälle bieten Vakuumtechnik-Fachbetriebe heute natürlich Standard-Komponenten an, die sich in Tests bereits bewährt haben.
Richtiges Material spart Wartungskosten
Das Material des Saugers spielt eine erhebliche Rolle beim Verschleiß und somit bei der Standzeit des Saugers.
Wer eine ungünstige Auswahl trifft oder an der Materialqualität spart, kann die Wartungskosten unnötig in die Höhe treiben. In der Holzbranche eignen sich spezielle PU-Materialien oder der klassische Naturkautschuk am besten“, erklärt der Vakuum-Profi und weist auf ein Praxisproblem hin: „Wenn der Werkstoff im Anschluss lackiert werden soll, ist es sehr wichtig darauf zu achten, dass die Saugermaterialien keine Silikone oder andere lackstörende Substanzen enthalten.“
Alles senkrecht? Die Wahl der Bauform
Die Auswahl der Bauform wird durch die Krafteinwirkung bestimmt. Während sogenannte Balgensauger zwar gut sind, um Höhenunterschiede auf unebenen Flächen auszugleichen, eignen sie sich eher schlecht, um hohe Seitenkräfte aufzunehmen, wie sie in 90°-Stellung oder beim Spannen von Werkstücken vorkommen. Hier eignen sich eher Flachsauger mit geringem Hub.
Die Haltekraft eines Saugmittels ergibt sich, wie zuvor beschrieben, aus der aktiven Saugfläche. Das ist die Fläche, die nach dem Aufsetzen aktiv mit Vakuum belegt ist. Um sich also mehr Haltekraft zu verschaffen wenn die Werkstückfläche sehr schmal ist, kann man auf Ovalsauger zurückgreifen.
Ist die Werkstückoberfläche extrem rau, beispielsweise bei rohen Bohlen aus dem Sägewerk, empfehlen sich laut Fipa Sauger aus einem besonderen Mischmaterial, bei denen die Sauglippe eine deutlich geringere Shorehärte aufweist als der Balgenkörper. „Die Fipa-Balgensauger aus dem Spezial-Polyurethan Varioflex überzeugen durch unterschiedliche Härten. Die Lippe ist so weich, dass sie sich der Oberfläche extrem gut anpasst (30° Shore A). Der Korpus hingegen ist formstabil (60° Shore A)“, erklärt der Experte und ergänzt: „Obwohl sie sehr weich sind, sind diese Materialmischungen sehr abriebbeständig.“
Eine andere Möglichkeit in so einem Fall sind Saugplatten mit geschäumter Dichtung. Der Schaum und die Platte werden wasserstrahlgeschnitten und können in Form und Größe an die Anwendung angepasst werden.
Ist die Saugfläche unbestimmt, was unter anderem bei der Entnahme aus einer CNC-Fräsmaschine vorkommt, eignen sich sogenannte Flächengreifer am besten. Diese arbeiten mit einer Vielzahl an kleinen Saugzellen in Verbindung mit einem Dichtschaum. Ist eine dieser Zellen nicht belegt, wird die Öffnung durch ein Ventil oder durch einen Strömungswiderstand verschlossen – Leckage wird vermieden und Haltekraft baut sich auf. Da Strömungswiderstände ohne bewegliche Teile auskommen, eignen sie sich gut für staubreiche Einsatzbereiche, wie die Holzbe- und -verarbeitung. (mh/Quelle: Fipa) I

Gängige Vakuumerzeuger kompakt definiert

Wichtige Merkmale auf einen Blick

Wer beim Werkstücktransport oder -handling im Betrieb auf Vakuumtechnik setzt, kann zwischen verschiedenen Unterdruckerzeugern entscheiden. Im Folgenden gehen wir kompakt auf wichtige Merkmale gängiger Möglichkeiten ein.
Elektrisch per trockenlaufender Drehschieberpumpen
Diese Pumpen werden vorwiegend für saugdichte Oberflächen verwendet und können ein hohes Vakuum von bis zu 920 mbar erzeugen. Sie sind sehr wartungsarm und relativ kostengünstig in der Erzeugung von Vakuum.
Elektrisch per ölgeschmierter Drehschieberpumpe
Auch diese Variante kommt ebenfalls eher bei saugdichten Materialien zum Einsatz, erreicht jedoch einen noch höheren Vakuumgrad von bis zu 980 mbar. Verglichen mit der Elektrovariante ist der Wartungsaufwand hier größer.
Elektrisch per Seitenkanalverdichter (auch Gebläse genannt)
Diese liefern ein hohes Saugvermögen (auch Volumenstrom genannt), erreichen aber nicht das hohe Vakuum-Niveau von Drehschieberpumpen.
Eingesetzt werden sie überwiegend bei stark durchsaugenden Materialien (z. B. dünne Faserplatten) bzw. sehr rauen Oberflächen. Oft findet man diese Technik auch in Förderanlagen.
Pneumatisch mit einem Ejektor nach dem Venturiprinzip
Bei dieser Art der Vakuumerzeugung wird Druckluft mit hoher Fließgeschwindigkeit über eine Düse geleitet.
Der dabei entstehende Sog führt die Luft aus der Vakuumöffnung mit. Es entsteht ein Unterdruck.
Diese Methode ist sehr teuer und kommt im Holzbereich meist dann zum Einsatz, wenn sich der Vakuumerzeuger in einem EX-Bereich befindet (Explosionsschutz).
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