Vakuumspannung: Rasterplatte, Durchsaugtisch und Leckluft

Thema: Spannmittel & Vorrichtungen

Eine verbreitete Annahme lautet: Was beim Einschalten der Pumpe fest auf dem Vakuumtisch sitzt, bleibt dort bis zum letzten Schnitt. Gerade beim Freischneiden ändert sich jedoch die Lage. Jedes Einzelteil hat nur noch eine kleine Fläche, und jeder offene Frässpalt lässt Luft nachströmen. Ob ein Teil hält, entscheidet sich deshalb oft erst in den letzten Umläufen.

Zwei Prinzipien: abgedichtetes Feld oder Durchsaugen

Bei einer Rasterplatte begrenzt eine Dichtschnur in den Nuten das Saugfeld. Das Hoffmann-Datenblatt einer Raster-Vakuumplatte nennt etwa ein Raster von 12,5 mm, eine Dichtschnur mit 4 mm Durchmesser und Blindstopfen im Lieferumfang. Das Werkstück muss die Schnur vollständig überdecken; wirksam ist die Fläche innerhalb der Dichtung. Wird in dieses Feld hineingefräst, bricht der Unterdruck zusammen. DATRON beschreibt das als klassische Grenze herkömmlicher Tische: Beim Durchtrennen von Plattenmaterial geht der Halt verloren, und Teile können sich lösen.

Beim Durchsaugprinzip liegt zwischen Tisch und Werkstück eine luftdurchlässige Opferplatte, an Portalmaschinen häufig eine Faserplatte. Der Unterdruck verteilt sich über die ganze Fläche, und das Werkzeug darf die Opferplatte leicht anschneiden, ohne die Tischplatte zu treffen. Dafür strömt ständig Luft durch die Platte und durch alle offenen Bereiche. Zur Bearbeitung des Plattenwerkstoffs selbst siehe MDF fräsen.

Was die Haltekraft begrenzt

Die theoretische Haltekraft ergibt sich nach Schmalz als Produkt aus Druckdifferenz und wirksamer Saugfläche, F = Δp × A, ausdrücklich ohne Sicherheitsfaktor. Die Druckdifferenz kann den Umgebungsdruck nicht übersteigen. Schmalz nennt 1.013 mbar auf Meereshöhe und einen Abfall von etwa 12,5 mbar je 100 m; auf 600 m sind es 938 mbar. Eine Werkstatt in höherer Lage hat damit schon ohne Leckage eine niedrigere Obergrenze.

Die Normalkraft ist nicht die Kraft, die ein Teil seitlich verschiebt. Wie aus ihr über Reibung eine übertragbare Seitenkraft wird und warum das keine sichere Bearbeitungsgrenze ist, behandelt der Artikel zur Niederdruckspannung. Hier geht es um die Größe, die sich während der Bearbeitung ändert: die Druckdifferenz unter dem Teil.

Freischneiden: Wo die Luft nachströmt

Becker beschreibt für das Nesting einen hohen Saugvolumenstrom als typische Anforderung. Entscheidend sei die Saugleistung unter realer Leckage, nicht allein der erreichbare Enddruck. Poröse Platten und offene Konturen erhöhen die Leckrate. Die Pumpenauswahl richtet sich nach Plattengröße, Materialdichte, Bearbeitungsstrategie und Gesamtleckage; über Ventile lassen sich einzelne Zonen bedarfsgerecht versorgen.

DATRON gibt für das eigene System an, Teile auch bei bis zu 40 % offener Fläche noch zu halten, abhängig vom Teil. Das ist eine Herstellerangabe für einen bestimmten Tisch und kein allgemeiner Grenzwert. Für eine andere Kombination aus Pumpe, Opferplatte und Werkstück zeigt erst das Manometer während der Bearbeitung, was unter dem Teil ankommt.

Ein eigenes Rechenbeispiel: ganze Platte gegen Kleinteil

Wir nehmen eine Kunststoffplatte von 400 × 300 mm auf einem Durchsaugtisch an, aus der Teile von 80 × 60 mm und kleine Laschen von 20 × 15 mm entstehen. Die Druckdifferenzen sind frei angenommen: 0,6 bar bei geschlossener Platte, 0,3 bar, nachdem viele Konturen offen sind. Mit 1 bar = 0,1 N/mm² gilt:

Das einzelne Teil erhält schon bei unveränderter Druckdifferenz nur 4 % der Normalkraft der ganzen Platte. Die kleine Lasche kommt auf ein Achthundertstel. Läge die Platte stattdessen auf einer Rasterplatte und umschlösse die Dichtschnur nur 380 × 280 mm, zählten 106.400 mm²; bei 0,6 bar wären das rund 6.380 N. Alle Werte sind theoretisch und ohne Sicherheitsfaktor; sie zeigen Größenverhältnisse, keine zulässigen Schnittkräfte.

Typische Fehler und Grenzen

• Kleinteile in einem Schnitt freischneiden: DATRON warnt, dass die Schnittkräfte dann die Haltekraft übersteigen können. Eine dünne Restschicht oder Haltestege, die erst zum Schluss entfernt werden, senken das Risiko.
• Angeschnittene Unterlage weiterverwenden: Einschnitte bilden Leckwege und aufgeworfene Kanten, auf denen ein kleines Teil nicht mehr plan liegt.
• Zu große Werkzeuge im letzten Umlauf: Ein kleinerer Fräser erzeugt geringere Kräfte; ein abwärts schneidender Fräser drückt beim Schlichten das Material nach unten statt nach oben.
• Verzogene Platten: Ein gewölbtes Teil liegt nicht dicht auf. Eine in die Opferplatte gefräste Tasche kann es seitlich führen.

Vakuum macht ein dünnes Teil nicht steif. Über freien Bereichen kann es sich unter Schnittkraft durchbiegen, und Wärme aus der Zerspanung verändert Kunststoffe zusätzlich; die Zusammenhänge erklärt der Beitrag zur Verformung beim Fräsen. Für sehr kleine Teile können Anschläge, eine Aufnahmetasche oder Kleben die bessere Wahl sein. Spannpratzen und Parallelunterlagen bleiben dort sinnvoll, wo hohe Kräfte und dicke Teile zusammenkommen.

Prüfliste vor dem Programmstart

• Prinzip zur Bearbeitung wählen: Durchbrüche und Freischnitte sprechen für das Durchsaugprinzip, geschlossene Taschen und Bohrungen ohne Durchbruch erlauben ein abgedichtetes Feld.
• Dichtschnur vollständig vom Werkstück überdeckt, Nuten frei von Spänen.
• Opferplatte eben und nicht von früheren Schnitten zerfurcht.
• Nicht belegte Zonen absperren, Filter vor der Pumpe kontrollieren.
• Unterdruck vor dem Start und nach dem ersten Durchbruch ablesen.
• Restschicht, Bezüge, Auflage und Werkzeugfreiraum im Spannplan festhalten.
• Werkzeug und Schnittdaten nach Herstellerangaben wählen; für Kunststoff ordnet der Artikel zum Einzelzahnfräser Spanraum und Zahnvorschub ein.