Ein weiterer Aspekt, der uns bisher von der KSS Nutzung abgehalten hat, sind die in den Maschinen eingebauten Wannen. Gerade bei den alten konventionellen Maschinen wurde der KSS Tank meistens ins Maschinenbett integriert und ist entsprechend schwer zu erreichen, geschweigedenn zu reinigen.

Aufbau

Abhilfe wollen wir durch eine externe KSS Einheit schaffen, bestehend aus

• 30 l Tank
• Absetzbecken
• Grobfilter
• Pumpe
• Feinfilter
• Belüfter

Hier der grobe Aufbau aus PowerPoint:

Natürlich kann man so eine (ähnliche) Einheit auch fertig kaufen.

Die Optionen reichen hier von ca. 150 Euro (10 l Kunststofftank und Springbrunnenpumpe) bis hin zu mehreren tausend Euro für komplette Anlagen aus der Industrie (Edelstahl, Ölabscheider, Aufbereitung…).

Funktion

1. Der zurückfließende Kühlschmierstoff wird im ersten Becken zunächst durch einen groben Filter (Edelstahlnetz) geleitet.
2. Verbleibende Metallpartikel können sich im ersten Becken am Boden absetzen
3. Die Pumpe im zweiten Becken saugt den Kühlschmierstoff tief an, so dass oben aufschwimmendes Fremdöl im Tank verbleibt
4. Ein Feinfilter löst kleinere Partikel aus dem KSS heraus

Zur Reinigung können die Becken getrennt über am Boden befindliche Kugelhähne abgelassen werden.

Um die Standzeit des KSS zu erhöhen wird die Einheit eine intervallgesteuerte Belüftung bekommen. Das verhindert, dass sich anaerobe Bakterien breit machen und für üblen Geruch sorgen. Sollte es dennoch zu Problemen kommen wäre auch eine Behandlung mit UV-Licht denkbar.

Um die Einheit schnell umrüsten zu können wird alles mit Klauenkupplungen und flexiblem Schlauch aufgebaut. An den Maschinen werden entsprechende Gegenstücke angebracht. Denkbar wäre sogar zwei Maschinen parallel mit der Einheit zu Versorgen, was man sonst eigentlich nur aus großen Industriebetrieben kennt. In userem Fall würde sich dadurch jedoch der Wartungsaufwand deutlich reduzieren.

Teileliste

Ein Edelstahltank in ausreichender Größe ist nicht ganz einfach zu finden. Die Lösung ist ein Anhänger-Staufach aus 2VA. Hier müssen nur die vier Montagelöcher zugeschweißt werden, ansonsten passt das Teil perfekt.

Bau

Folgt in Kürze

Einsatz

Folt in Kürze

Bei professionellen Maschinen gibt es so etwas automatisiert, vor allem in Verbindung mit einem pneumatischen Werkzeugwechsler. Für den Moment reicht uns erst einmal eine manuelle Lösung.

Zusätzlich zu dem Absaugschuh überlegen wir außerdem den Nass/Trockensauger gegen einen Seitenkanalverdichter zu tauschen um einen höheren Volumenstrom zu erreichen.

Mehr zur Absaugung gibt’s hier und hier.

Idee & CAD Modell

Die Idee ist es, möglichst punktuell abzusaugen und so den Volumenstrom maximal auszunutzen. Inspiration lieferte ein anderer CNC Enthusiast.

Modell 1:
Hier hatte ich versucht einen festen Absaugtrichter zu konstruieren. Je nach Länge des Werkzeugs ist das jedoch nicht ideal. Auch wird der Luftstrom hier teilweise um die Spindel herum geführt.

Modell 2

Hier live ansehen
Das Steigrohr hat einen Außendurchmesser von 49mm und ist somit im Steigrohr der Absaugung teleskopierbar. So lässt sich immer der richtige Abstand zum Werkstück einstellen.

Modell 3:

Um die Druckzeit zu verkürzen habe ich den Absaugschuh nochmal deutlich vereinfacht. So lässt er sich auch problemloser an einem Stück drucken.

Fertigung

Bevor der Absaugschuh aus Aluminium hergestellt wird, werde ich einen Prototypen aus PLA drucken. Das geht schneller und schmerzt nicht so, falls doch noch etwas optimiert werden muss.

Gedruckt wird auf einem Makerbot Replicator 2.

Montage & Test

Der Absaugschuh wird bis zur benötigten Tiefe in das Z Steigrohr der Absaugung gesteckt.

Der erste Test war gut! 90 bis 95% der Späne landen in der Absaugung und nichts fliegt mehr über den Tisch hinaus.

ToDo

Wie man auf dem letzten Bild gut erkennen kann, lädt sich die Oberfläche des Absaugschuhs aufgrund der Luftströmung elektrostatisch auf. Gerade bei feinem Holzstaub kann das zu Problemen führen (Explosionsgefahr). Um das zu verhindern wird das Material (PLA) mit einem leitfähigen Sprühlack behandelt und entsprechend flächig geerdet.

Auswahl

Neben dem „Platzhirsch“ der nebelfreien MMS Systeme (Fogbuster), haben wir in NRW die Firma Dynacut gefunden und von dort das Tröpfchenschmiersystem MDM sowie eine Doppeldüse gekauft. Im Gegensatz zum amerikanischen Pendant kommt das MDM fertig aufgebaut auf einer stabilen Blechplatte und kann direkt in Betrieb genommen werden. Neben Absperr- und Entlüftungsventilen ist ein Druckminderer sowie ein Überdruckventil verbaut.

Dynacut MDM

Links im Bild die Standard Düse aus dem Set und rechts die Erweiterung mit 2 Sprühdüsen und Schutzschlauch.

Nebelfrei bedeutet, dass der Kühlschmierstoff (KSS) so zerstäubt wird, das schwere Tropfen entstehen. Diese verteilen sich dann auf dem Werkstück und nicht in der Umgebungsluft.

Montage

Damit die MMS sowie spätere pneumatische Funktionen (Werkzeugwechsler, absenkbarer Absaugschuh, etc.) einfach integriert werden können, wurde gleich eine kleine Ventilinsel mit 2/3 Wege Ventilen eingebaut. Ventilinsel, Druckminderer sowie KSS Tank wurden direkt an bzw. in das Portal integriert um den Verlegeaufwand der Leitungen gering zu halten.

Testlauf

Zur Kühlung verwenden wir aktuell Shell Fenella und konnten auch gleich einen Unterschied bei der Oberflächengüte bei der Aluminiumbearbeitung feststellen. Die sichtbaren Ringe und die Übergänge zwischen den Fräsbahnen sollten sich mit der finalen Ausrichtung der Spindelaufnahme noch einmal deutlich reduzieren.

Die übriggebliebene einfache Tröpfchendüse wird bei Gelegenheit an die Metallbandsäge kommen. Das ist sicherlich weniger Sauerei als die aktuelle Schmierung mit WD40…

Absaugung

Die ersten Frästeile für die neu gestaltete Absaugung sind fertig. Beim ersten Teil (unten) hatte ich die falsche Materialstärke im CAM benutzt. So musste ich die letzten 3/10mm mit dem Teppichmesser heraustrennen.

Die Bodenplatte sah da schon deutlich besser aus. Was hier noch absteht sind die Haltestege, welche das Werkstück beim durchfräsen an Ort und Stelle halten.

Montiert sieht das ganze noch besser aus. Die M16 Hutmuttern sind allerdings echt monströs…

Update!

Mittlerweile verrichtet der neue Zyklonabscheider brav seinen Dienst. Erste Tests mit Holz und Schaumstoff waren positiv. Durch die lückenlose Erdung und die Verwendung ableitfähiger Materialien gibt es so gut wie keine elektrostatische Anhaftungen.

Die Verbannung

Damit die recht leise wassergekühlte Frässpindel nicht durch die Absaugung übertönt wird, hat der Sauger einen Platz im abgeschotteten Nebenraum bekommen. Über die Steckdose hängt der Sauger an der Steuerung und kann automatisch oder manuell geschaltet werden.

Staubabscheidung

Mehr dazu in 1 bis 2 Wochen, sobald die bestellten Teile da sind.

Wir werden ein transparentes PVC Rohr an der Wand befestigen und beidseitig mit einem Klebeflansch versehen. Oben sitzt ein Oneida Systems Dust Deputy und sorgt durch Zyklonabscheidung dafür, dass der Staubsauger nur noch ca. 1% von dem anfallenden Staub abbekommt. Das 150mm x 140cm langes PVC Rohr bietet Platz für 28 Liter „Abraum“, was wohl erst mal reichen sollte.

Zeitgleich haben wir so immer einen Blick auf den Füllstand der Absaugung.

Das restliche System basiert auf 50mm Rohren und Schläuchen. Für unsere Zwecke ist das ausreichend, da punktuell absaugen können und somit keine große Volumenleistung benötigen.

Update 24.01.2016:

Fabian hat mal wieder gezaubert und unsere Vision in ein perfektes CAD Modell gegossen. Die Konstruktion ist (ohne Zyklon) etwa 150cm lang und wird mit der rückwärtigen Trägerplatte an der Wand neben der Maschine befestigt. An der Unterseite wird ein Deckel (später evtl. Schieber) angebracht um die Späne zu entsorgen.

Blindflansch, Deckel sowie die gesamte Halterung werden wir demnächst aus MPX selber herstellen.

Update 02/2016

Kurzer Test der Konstruktion, angehalten an der Wand.

Mittlerweile sind auch die M20 Schrauben und Hutmuttern eingetroffen. Was für Klopper!

Komfortfunktion

Absaugung und Mindermengenschmierung (noch nicht vorhanden) sollen sich auch außerhalb von Programmen steuern bzw. Übersteuern lassen. Beleuchtete Drehschalter ermöglichen manuelles Einschalten (Dauerstrom), permanentes Ausschalten sowie im Automatikmodus die Programmsteuerung über Mach3. Hier werde ich noch versuchen softwareseitig einen Nachlauf von einigen Sekunden einzubauen.

Die beiden rechten Funktionen sind noch nicht belegt.

Die restliche Bedieneinheit befindet sich hier.

Erdung

Gerade beim fräsen von Holz bzw. MDF entstehen sehr feine Stäube, welche im richtigen Mischungsverhältnis ausgezeichnet brennen.

Um die Gefahr zu minimieren und eine saubere Förderung auch von Kunststoffspänen zu ermöglichen, ist die gesamte Absaugungsanlage geerdet. Staubbehälter, Zyklonabscheider sowie Absaugschlauch sind alle ordentlich geerdet. Einzige Ausnahme bilden aktuell noch die kurzen Kunststoffrohre. Hier wollen wir jedoch noch ein Stahlband einziehen.

Was noch fehlt…

…ist eine ordentliche Bürstenleiste. Die aktuelle Lösung mit Winkelstück nimmt schon einen Großteil der Späne mit, alles was jedoch bei hohen Vorschüben im weiten Bogen weg fliegt wird nicht erfasst.

Bisher sind uns jedoch noch keine passenden Bürsten über den Weg gelaufen…

Dann brauchen wir noch einen anderen Motor für die Absaugung. Aktuell ist das noch ein 1,5KW Kärcher Werkstattsauger, im nächsten Schritt denken wir über einen kleinen Seitenkanalverdichter nacht. Diese laufen etwas ruhiger und sind nochmals leiser.

Da wir recht viel Holz und MDF fräsen werden, hat Fabian von vorne herein eine Absaugung integriert . Gerade MDF hat die unangenehme Neigung sich beim Fräsen vollständig zu pulverisieren und in der ganzen Werkstatt niederzuschlagen.

Durch den Aufbau der Z Achse läuft ein 50mm Abflussrohr, am Ende befindet sich momentan ein abgesägter (halbierter) 90 Grad-Winkel.

Der Absaugschlauch hat ebenfalls 50mm im Durchmesser, ist aus PUR und dank Stahldraht super flexibel. Neben Schwerentflammbarkeit ist der Schlauch auch Ableitfähig, sprich kann gegen elektrostatische Aufladung geerdet werden. Vor allem beim Fräsen von Schaumstoffen oder MDF ist das sicher eine sinnvolle Sache…

Ob die 50mm reichen wird sich zeigen. Erste Versuche mit MDF waren jedenfalls schon mal vielversprechend.

Im nächsten Schritt werden wir noch eine magnetisch befestigte Bürstenleiste herstellen, damit auch schwerere Teile sicher aufgefangen werden können. Außerdem soll der Sauger natürlich noch in die Steuerung eingebunden werden.

Mit Absaugung arbeitet es sich jedenfalls viel angenehmer…

https://youtu.be/HZ4ClhEq8OE

Als Sauger dient im Moment noch ein einfacher Kärcher Nass/Trockensauger mit Feinfilter und Papiertüte. Dieser wird noch gegen einen alten Elektra Bekkum Sauger aus Opas Schreinerwerkstatt ersetzt und mit einem Zyklonabscheider erweitert. Irgendwie müssen wir auch noch den Geräuschpegel runter bekommen… die HF Spindel ist unter dem Lärm von Sauger und Absaugung quasi nicht mehr hörbar.

Update 01/2016:

Weitere Details zum Zyklonabscheider und der Weiterentwicklung der Absaugung gibt’s hier.