Ein neuer Absaugschuh muss her.

Absaugschuh

Ein Absaugschuh muss her! Regelmäßige Leser wissen, dass wir so etwas in der Vergangenheit bereits hatten… es wird jedoch aus mehreren Gründen Zeit für ein Upgrade!

Der neue Absaugschuh muss…

• kompatibel mit dem automatischen Werkzeugwechsel sein
• auf die HSD Spindel abgestimmt sein
• sich für die Alu-Bearbeitung einfach abnehmen lassen
• mehr Volumenstrom erlauben, da die neue Spindel sehr viel Späne und staub produziert.

Gerade der Punkt mit dem automatischen Werkzeugwechsel macht das Projekt etwas aufwendiger, da wir hier mit sehr geringen Platzverhältnissen zu arbeiten haben.

Unser neues (simples) Werkzeugmagazin entlang der Y-Achse

Konstruktion

Achtung! Die Konstruktion befindet sich aktuell noch in Arbeit. Nachfolgende Screenshots stammen aus einer kleinen Versuchsreihe im CAD.

So soll die Konstruktion grob aussehen. Der 100 mm Absaugschlauch verläuft vor der Z-Achse und der Absaugschuh steht schräg, damit der Abstang von Fräser zu Schlauch möglichst gering gehalten werden kann.

Hier nochmal in der Draufsicht. Im 50 mm Loch der alten Absaugung (unten) wird der ausfahrbare 3D Werkstücktaster platz finden. Das Projekt haben wir bereits vor einiger (!) Zeit im Kopf… bald ist es auch hier soweit.

Im eingefahrenen Zustand ist die Greifrille der Werkzeugaufnahmen vollständig frei. Das verhindert das ungewollte einklemmen der Bürste. Die benachbarte Werkzeugaufnahme wird leicht von der Bürste touchiert, was aber kein Problem darstellt.

Hier die Mechanik. Über eine Zugstange wird der Schuh bei Nichtgebrauch nach oben gedrückt. Ist der Pneumatikzylinder auf seiner untersten Position kann der Schuh frei über das Werkstück gleiten. Die Konstruktion hierfür ist noch nicht ganz fertig – es fehlt z.B. die Führung für den Absaugschuh, welcher für eine korrekte Position / Ausrichtung zur Frässpindel sorgt und gleichzeitig gegen Verdrehung sichert.

Absaugschuh im unteren sowie oberen Zustand. Eventuell können wir noch ein wenig längere Bürsten nutzen und die Konstruktion noch etwas tiefer absenken.

Auf der rechten Seite gibt es aktuell noch eine kleine Kollision mit dem Nachbarwerkzeug, was sich aber einfach beheben lässt.

Und zum Abschluss noch mal eine Ansicht von oben ohne die Spindel. Jeder Milimeter wird genutzt.

Überlegungen zum Absaugschuh

Unsortierte Liste mit Ideen/Überlegungen

• Lagesensor mit Rückmeldung an die CNC Steuerung, damit der Absaugschu beim Werkzeugwechsel nicht unbeabsichtigterweise einen Crash bauen kann.
• Die Grundplatte soll aus Acryl bestehen, damit der LED Ring weiterhin den Arbeitsbereich beleuchten kann
• Einfache Abnehmbarkeit durch maximal zwei Schrauben
• Tiefenanschlag, damit der Absaugschuh zwar auf dem Material gleitet, aber den den Kanten nicht herunterfahren kann. Dies könnte ggf. zu Beschädigungen führen.

Nächste Schritte

Material bestellen, nochmal alles genau ausmessen und dann kann es auch schon los gehen. In Teil 2 werden wir uns nochmal mit dem CAD Modell beschäftigen, danach geht es umgehend daran die Teile herzustellen.

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.

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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.

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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.