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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von beim Bearbeiten eines Werkstücks entstehendem Materialabrieb sowie ein Verfahren zum Absaugen von derartigem Materialabrieb.
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Beim Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere beim Drehen, Fräsen oder Hobeln, wird in der Regel feiner Materialabrieb erzeugt, der aufgrund seiner Größe leicht einzuatmen und daher gesundheitsschädlich ist.
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Im Stand der Technik werden zum Absaugen von Materialabrieb spezielle Werkbänke verwendet, die anfallenden Materialabrieb absaugen sollen.
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Die deutsche Druckschrift
DE 10 2005 022 004 A1 offenbart einen Bearbeitungstisch mit einer unterseitigen Absaugvorrichtung und in dem Bearbeitungstisch eingelassenen Absaugöffnungen.
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Die internationale Druckschrift
WO 2013/163976 A1 offenbart eine Absaugvorrichtung für einen Fräser, bei dem ein Absaugmundstück einem Fräser nachzuführen ist.
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In der deutschen Patentschrift
DE 3137649 C2 ist eine Laser-Schneidvorrichtung beschrieben, bei dem eine Stützform, ein Formteil und ein Niederhalter durch Ansaugvorrichtungen aneinander fixierbar sind.
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Eine Werkbank mit einer in einer unteren Ebene einer als Gitter mit zwei Ebenen ausgestalteten Werkbank angeordneten Absaugvorrichtung ist in der französischen Druckschrift
FR 2 824 290 offenbart.
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Vor diesem Hintergrund wird eine Absaugvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9 vorgestellt.
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Es wird somit eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von Materialabrieb von einer Werkbank vorgestellt, wobei die Absaugvorrichtung eine Anzahl Düsen umfasst und wobei die Düsen jeweils mit einem entsprechend einer Form zumindest eines Teilstücks eines auf der Werkbank zu bearbeitenden Werkstücks geformten Düsenkopf funktional verbunden sind.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Die vorgestellte Absaugvorrichtung dient insbesondere zum Absaugen von beim Bearbeiten von faserverstärktem Kunststoff (FVK-Bauteilen) entstehendem Materialabrieb.
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Es ist vorgesehen, dass die vorgestellte Absaugvorrichtung eine Anzahl Düsen umfasst, die jeweils mit mindestens einem Düsenkopf funktional verbunden sind, d. h. den mindestens einen Düsenkopf mit einem Luftstrom zum Erzeugen eines Unterdrucks versorgen. Dabei sind jeweilige Düsenköpfe in ihrer Form, d. h. insbesondere ihrer Kontur, eines jeweiligen zu bearbeitenden Werkstücks nachempfunden, so dass der Düsenkopf und das Werkstück einen im Wesentlichen symmetrischen bzw. gleichen Formverlauf haben. Dies bedeutet, dass die vorgestellte Absaugvorrichtung Düsenköpfe umfasst, die werkstückabhängig, d. h. bauteilabhängig, ausgestaltet sind und entsprechend bei einem konkreten Typ von Werkstück besonders gute Absaugleistungen erzielen.
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Durch Verwendung einer bauteilabhängigen, d. h. konturnahen, Absaugung durch an einen konkreten Anwendungsfall, d. h. an ein bestimmtes Werkstück bzw. einen bestimmten Typ von Werkstück, angepasste Düsenköpfe, ist es möglich, bei einem Bearbeitungsvorgang entstehenden Materialabrieb, wie bspw. Verschnitt oder Späne direkt am Ort ihres Entstehens, d. h. an einem jeweiligen Werkzeug, abzusaugen und eine unkontrollierte Verteilung des Materialabriebs durch einen Werkbereich zu verhindern.
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Aufgrund einer einem jeweiligen Werkstück entsprechenden Form jeweiliger Düsenköpfe kann ein durch die Düsen bzw. Düsenköpfe vermittelter Sog, d. h. Unterdruck, äußerst genau auf einen zu bearbeitenden Bereich begrenzt werden, so dass in dem zu bearbeitenden Bereich, über einen ggf. zu überwindenden Bereich zwischen Werkstück und jeweiligem Düsenkopf hinweg, eine hohe Sogwirkung entsteht, auch ohne dass weitere Bereiche mit ggf. sehr hohem Energieaufwand ebenfalls mit Sogwirkung bzw. einem entsprechenden Luftstrom versorgt werden müssen.
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Die vorgestellte Absaugvorrichtung ist einfach in der Handhabung, da keine aufwendigen Bewegungsapparaturen vorgesehen sind und ein zu bearbeitendes Werkstück gleichen Typs schnell und ohne Einfluss auf die vorgestellte Absaugvorrichtung ausgetauscht werden kann.
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Bei Verwendung eines 2-dimensionalen Werkzeugs, wie bspw. einem Tischfräser, ist denkbar, dass die vorgestellte Absaugvorrichtung derart entlang eines durch das Werkzeug zurückzulegenden Weges angeordnet ist, dass sich das Werkzeug auf seinem abzufahrenden Weg stets zwischen Werkstück und Absaugvorrichtung bewegt. Dazu kann bspw. zwischen Werkstück und Absaugvorrichtung ein Spalt vorgesehen sein, der dem Werkzeug eine Bewegung ermöglicht. Es ist vorgesehen, dass dieser Spalt wenige Zentimeter, insbesondere 2,5 Zentimeter in der Breite misst. Es ist weiterhin denkbar, dass die vorgestellte Absaugvorrichtung für die Bearbeitung mittels eines 3-dimensionalen Werkzeugs verwendet wird, wobei verschiedene Düsenköpfe flächig ausgestaltet an definierten Punkten in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem in einem definierten Abstand zu einem Pfad des Werkzeugs an einem entsprechenden Werkstück angeordnet sind.
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Unter einem Werkstück ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein zu bearbeitendes Bauteil zu verstehen, dass bspw. durch ein Werkzeug zu bearbeiten ist.
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Unter einer Düse ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Hohlkörper zu verstehen, der mit einem Luftstrom zu durchströmen ist, der jeweiligen Materialabrieb aufnimmt und durch die Düse abtransportiert. Insbesondere ist eine Düse ein am Ende eines Schlauchs befestigtes Verbindungstück zum Verbinden mit einem Düsenkopf.
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Unter einem Düsenkopf ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein mit einer Düse zu verbindendes Teil zu verstehen, das die vorgestellte Absaugvorrichtung zu einem Werkstück hin abgrenzt und eine dem Werkstück entsprechend komplementäre Form bzw. Kontur aufweist. Ein Düsenkopf bestimmt daher Eigenschaften und Verlauf eines auf das Werkstück einwirkenden Luftstroms.
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Es ist vorgesehen, dass ein Düsenkopf im Sinne der vorliegenden Erfindung entsprechend einem zu bearbeitenden Werkstück geformt ist. Dies bedeutet, dass ein jeweiliger Düsenkopf werkstückspezifisch ausgestaltet bzw. komplementär dazu ist und einer Form, d. h. bspw. einer Kontur eines jeweiligen Werkstücks nachempfunden ist, so dass die Ränder von Werkstück und Düsenkopf einen einander entsprechenden Verlauf nehmen, wobei der Düsenkopf in ausreichend geringer, insbesondere gleichbleibender räumlicher Distanz zu dem Werkstück angeordnet wird. Dabei kann der Düsenkopf entsprechend einem jeweiligen Abstand zu dem Werkstück angepasst sein, um einen ggf. gegenüber dem Werkstück vergrößerten Umfang zu berücksichtigen. Dies bedeutet, dass der Düsenkopf bspw. durch Verwendung von gegenüber dem Werkstück vergrößerten Radien einen dem Werkstück entsprechenden Verlauf bei einem gegenüber dem Werkstück vergrößerten Umfang nimmt.
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Düsenköpfe sind im Längsschnitt in jeder geometrischen Form, insbesondere in Form flächiger Gebilde denkbar, wobei ein Düsenkopf, um einen entsprechenden Luftstrom strömungsgünstig zu leiten, ggf. in mehrere Kompartimente unterteilt sein kann. Dabei ist die Kontur eines Düsenkopfs stets entsprechend der Kontur eines jeweiligen Werkstücks, d. h. komplementär zu dem Werkstück geformt. Eine Kontur beschreibt in diesem Zusammenhang einen Verlauf einer äußeren Begrenzung eines Werkstücks bzw. eines Düsenkanals.
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In einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Absaugvorrichtung ist vorgesehen, dass jeweilige Düsenköpfe der Anzahl Düsen zu einem Düsenkanal verbunden sind, welcher entsprechend der Form bzw. der Kontur des zu bearbeitenden Werkstücks geformt ist.
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Unter einem Düsenkanal ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Gebilde zu verstehen, dass durch mehrere Düsenköpfe gebildet wird und eine einem jeweiligen zu bearbeitenden Werkstück entsprechende Form bzw. Kontur aufweist, wobei ein Düsenkanal über mehrere Düsen mit Luft zu durchströmen ist, wobei jeweilige Düsen sowohl sequentiell als auch parallel geschaltet werden können.
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Bei einem parallelen Schalten jeweiliger Düsen eines Düsenkanals wird der Düsenkanal vollständig von einem Luftstrom durchströmt und erzeugt entsprechend entlang eines großen Bereichs auf einem entsprechenden Werkstück, insbesondere um eine gesamte Kontur des Werkstücks herum einen Sog.
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Durch ein sequentielles Aktivieren jeweiliger Düsen eines Düsenkanals ist es hingegen möglich lediglich Teilbereiche des Düsenkanals mit Luft zu durchströmen und entsprechend nur entlang ausgewählter Bereiche auf dem Werkstück, wie bspw. eines aktuell durch ein Werkzeug zu bearbeitenden Bereichs, einen Sog zu erzeugen.
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Selbstverständlich können jeweilige Einlassquerschnitte jeweiliger Düsenköpfe variieren, so dass unterschiedlich starke Sogwirkungen bzw. unterschiedliche Sogverteilungen auf einem jeweiligen zu bearbeitenden Werkstück bzw. in einem Arbeitsbereich eines jeweiligen Werkzeugs, bspw. in Abhängigkeit eines zu erwartenden Volumens an Materialabrieb, erzeugt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Anzahl Düsen jeweils durch Absaugschläuche mit einem Gebläse verbunden sind, wobei die Absaugschläuche jeweils einzeln an einen einen Unterdruck erzeugenden Luftstrom anzuschließen bzw. von dem Luftstrom zu trennen sind.
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Insbesondere bei einer sequentiellen Ansteuerung jeweiliger Düsenköpfe bspw. eines Düsenkanals ist es sinnvoll, die einzelnen Düsenköpfe einzeln zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Dazu ist vorgesehen, dass für den Fall, dass die Absaugvorrichtung durch ein zentrales Gebläse mit Luft durchströmt wird, d. h. dass ein zentrales Gebläse einen Unterdruck erzeugt, der über jeweilige Leitungen, wie bspw. Schläuche an jeweilige Düsen verteilt wird, ein entsprechender Luftstrom des Gebläses von einzelnen Düsen abgeschirmt wird. Zur Abschirmung einzelner Düsen können bspw. Klappen oder jede weitere technisch geeignete Vorrichtung zum reversiblen Abdichten gegenüber einem Luftstrom verwendet werden, wobei jeweilige einer Düse zugeordnete Klappen bei Aktivierung der Düse öffnen und bei Deaktivierung schließen.
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Durch ein sequentielles Öffnen und Schließen jeweiliger Klappen jeweiliger Düsen kann ein Verlauf eines durch das Gebläse erzeugten Luftstroms gezielt beeinflusst werden, so dass bspw. ausschließlich an einem Ort, an dem durch ein Werkzeug aktuell Materialabrieb erzeugt wird, abgesaugt wird.
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Durch Verwendung von Klappen zur Steuerung des Verlauf des durch das Gebläse erzeugten Luftstroms ist es möglich, dynamisch auf aktuelle Veränderungen bei der Bearbeitung eines jeweiligen Werkstücks einzugehen, auch ohne dass eine Leistung des Gebläses geändert werden muss.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine jeweilige Düse der Anzahl Düsen mit einem separaten Gebläse verbunden ist, durch das an der jeweiligen Düse ein Unterdruck erzeugt wird.
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Neben einem zentralen Gebläse zum Erzeugen des die jeweiligen Düsen durchströmenden Luftstroms ist auch eine separate Versorgung der jeweiligen Düsen durch eigene, d. h. ausschließlich den jeweiligen Düsen zugeordnete Gebläse denkbar. Bei einer Versorgung der jeweiligen Düsen durch separate Gebläse kann ggf. auf Klappen zur Steuerung des Luftstroms verzichtet werden, da ein Gesamtluftstrom durch einen Düsenkanal mittels einer Steuerung einer Leistung der jeweiligen Gebläse beeinflusst werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Absaugvorrichtung ist vorgesehen, dass verschiedene Düsenköpfe verschiedene Filter umfassen.
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Um Materialabrieb aus verschiedenen Materialpaarungen bei einem Werkstück zu berücksichtigen, die sich ggf. im Verlauf eines Pfades, den ein Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstücks zurückzulegen hat, ändern, ist vorgesehen, dass verschiedene Materialien bzw. verschiedene Bereiche eines Werkstücks mit verschiedenen Düsen abgesaugt, d. h. mit Luftstrom versorgt werden, wobei die verschiedenen Düsen bspw. im Düsenkopf oder in einem Schlauch verschiedene Filter umfassen. Dies bedeutet, dass bspw. an einem Bereich, an dem besonders viel feiner Aluminiumabrieb erzeugt wird, ein entsprechender Filter zum Binden von Aluminiumfeinstaub verwendet wird, wohingegen bei einem Bereich, an dem besonders viele schädliche Gase erzeugt werden, bspw. ein Katalysator verwendet werden kann, der die Gase oxidiert und dadurch in ihrer gesundheitsschädlichen Wirkung reduziert.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Absaugvorrichtung ist vorgesehen, dass eine von der Werkbank umfasste Formauflage zum Fixieren des zu bearbeitenden Werkstücks entsprechend dem Werkstück geformt ist.
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Um eine effiziente konturnahe Absaugung, d. h. eine werkstückoptimierte Absaugung, zu ermöglichen, ist vorgesehen, das eine zum Fixieren eines jeweiligen Werkstücks verwendete Formauflage entsprechend einem jeweiligen Werkstück geformt ist, so dass zwischen Werkstück und Düsenkopf lediglich ein Freiraum zum Bewegen eines jeweiligen Werkzeugs besteht. Durch Verwendung einer werkstückoptimierten Formauflage können verwinkelte Zwischenräume, die einem Luftstrom zur Absaugung von Materialabrieb entgegenwirken, vermieden werden. Durch das Werkzeug erzeugter Materialabrieb gelangt direkt in den Luftstrom bzw. in entsprechende Düsenköpfe und fällt nicht, wie im Falle einer universellen Formauflage, zunächst auf die Formauflage, die sich auch über den Bereich zwischen Düsenkopf und Werkstück erstreckt.
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Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks auf einer Werkbank, bei dem beim Bearbeiten des Werkstücks erzeugter Materialabrieb mittels einer Absaugvorrichtung abgesaugt wird, die eine Anzahl Düsen umfasst, wobei eine jeweilige Düse der Anzahl Düsen mit einem entsprechend einer Form eines auf der Werkbank bearbeiteten Werkstücks geformten Düsenkopf funktional verbunden ist.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Betrieb der vorgestellten Absaugvorrichtung.
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Unter Verwendung des vorgestellten Verfahrens ist es möglich, einen Luftstrom zum Absaugen von Materialabrieb sehr genau zu positionieren und sehr genau zu dosieren, so dass jeweiliger Materialabrieb effizient abgesaugt wird. Durch Verwendung von bspw. Filteranlagen beim Absaugen, kann eine Gesundheitsbelastung durch bspw. Feinstaub oder schädliche Gase erheblich reduziert werden.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass lediglich diejenige Düse einen Unterdruck erzeugt, die einem Materialabrieb erzeugenden Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstücks am nächsten liegt.
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Eine bspw. sequentielle Ansteuerung jeweiliger Düsen kann für ein energiesparendes Absaugverfahren verwendet werden, bei dem lediglich diejenige Düse mit Unterdruck versorgt wird, die einem jeweiligen Werkzeug am nächsten liegt. Dies bedeutet, dass ein durch ein jeweiliges Gebläse erzeugter Luftstrom über verschiedene Düsen und Düsenköpfe einem Verlauf des Werkzeugs folgt und diejenigen Düsen und Düsenköpfe, die nicht in aktueller räumlicher Nähe zu dem Werkzeug liegen, deaktiviert, d. h. von dem durch das Gebläse erzeugten Luftstrom abgeschnitten werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für die vorgestellte Absaugvorrichtung, bei dem die Absaugvorrichtung in Abhängigkeit von Konstruktionsplänen eines jeweiligen Werkstücks automatisch durch einen 3D-Drucker hergestellt wird.
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Sobald Abmaße eines Werkstücks bzw. eines Typs eines Werkstücks durch bspw. eine Konstruktionszeichnung bekannt sind, können die Abmaße verwendet werden, um entsprechende Düsenköpfe ”maßgeschneidert” für das Werkstück anzufertigen. Dazu kann bspw. ein 3D-Drucker verwendet werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Algorithmus zur Berechnung einer Form jeweiliger Düsenköpfe verwendet wird, der in Abhängigkeit der jeweiligen Abmaße und einem vorgegebenen Mindestmaß an Absaugvolumen die Form der Düsenköpfe berechnet und diese dann dem 3D-Drucker übermittelt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Anordnung mit einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung und einer Formauflage.
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2 zeigt die Anordnung aus 1 mit einem Werkstück.
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3 zeigt eine Detailansicht der Absaugvorrichtung aus 1.
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4 zeigt eine Detailansicht eines Düsenkopfs der Absaugvorrichtung aus 1.
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5 zeigt eine Detailansicht der Absaugvorrichtung aus 1 mit mehreren Düsenköpfen.
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6 zeigt ein Gebläse zur Versorgung einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung mit Unterdruck.
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In 1 ist eine Absaugvorrichtung 1 dargestellt, die eine Formauflage 3 umrandet. Sowohl die Absaugvorrichtung 1 als auch die Formauflage 3 sind entsprechend einer Form eines zu bearbeitenden Werkstücks ausgestaltet, d. h. sowohl die Absaugvorrichtung 1 als auch die Formauflage 3 haben dem zu bearbeitenden Werkstück entsprechende Kontur 5 bzw. 7. Um eine Bearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks durch ein Werkzeug zu ermöglichen, ist zwischen der Formauflage 3 und der Absaugvorrichtung 1 ein Abstand 9 vorgesehen, in dem ein entsprechendes Werkzeug arbeiten kann. Durch das Werkzeug erzeugter Materialabrieb wird durch die Absaugvorrichtung 1 über Düsenköpfe 15 angesaugt und in ein Filtersystem bzw. einen Sammelbehälter befördert.
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In 2 ist auf der Formauflage 3 ein Werkstück 11 eingespannt. Das Werkstück 11 umfasst einen Rand 13, der durch ein Werkzeug entfernt werden soll. Dazu wird das Werkzeug in den Abstand 9 eingebracht und dort zur Bearbeitung des Werkstücks 11, bspw. durch Fräsen, eingesetzt. Durch das Werkzeug erzeugter Materialabrieb wird durch Düsenköpfe 15 der Absaugvorrichtung 1 abgesaugt.
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Eine Detailansicht der Absaugvorrichtung 1 ist in 3 dargestellt. Erkennbar sind jeweilige Düsenköpfe 15, die mit jeweiligen Düsen 17 verbunden sind, die wiederum über Schlauchverbindungen 19 mit einem nicht dargestellten Gebläse verbunden sind, das die Düsen 17 und die Düsenköpfe 15 mit einem Luftstrom versorgt, so dass Unterdruck entsteht und anfallender Materialabrieb dadurch absaugt wird.
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Eine weitere Detailansicht der Absaugvorrichtung 1 ist in 4 dargestellt. Das Werkstück 11 mit dem Rand 13 zeigt eine nach einem Bearbeitungsschritt anzustrebende Kontur 21, der eine Kontur 23 des Düsenkopfs 15 nachempfunden ist. Um die Kontur 23 der Kontur 21 entsprechend auszugestalten, weist der Düsenkopf 15 gegenüber dem Werkstück 11 leicht abgeänderte Radien jeweiliger Krümmungen auf, so dass die Kontur 23 gegenüber der Kontur 21 leicht vergrößert ist, aber symmetrisch zur Kontur 21 verläuft. Dies bedeutet, dass der Abstand 9 zwischen der Kontur 21 des Werkstücks 11 und der Kontur 23 der Düsenköpfe 15 kontant ist.
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In 5 sind mehrere Düsenköpfe 15 dargestellt. Die Düsenköpfe 15 weisen einen einheitlichen Querschnitt 25 auf, der einen definierten Durchsatz an Luft gewährleistet.
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6 zeigt ein Gebläse 27, durch das ein Unterdruck erzeugt wird, der über jeweilige Schlauchverbindungen 19 auf entsprechende Düsenköpfe 15 verteilt wird, so dass anfallender Materialabrieb angesaugt und abtransportiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005022004 A1 [0004]
- WO 2013/163976 A1 [0005]
- DE 3137649 C2 [0006]
- FR 2824290 [0007]
