Viele HOMAG- und IMA-Bearbeitungszentren laufen seit zwanzig Jahren und länger zuverlässig. Eine Baugruppe macht bei diesen Maschinen aber zunehmend Ärger – und zwar nicht nur sie selbst, sondern auch das, was an ihr hängt: die Wasserring-Vakuumpumpe. Bei vielen Anlagen kühlt ihr Betriebswasser nämlich gleichzeitig die Hauptspindel. Dieser Beitrag erklärt, was in diesem gemeinsamen Wasserkreislauf physikalisch passiert, warum Spindel und Vakuum darunter leiden und wie ein Umbau auf zwei getrennte Systeme das Problem dauerhaft löst.
Das Wichtigste in einer Minute
- Bei vielen älteren Maschinen fließt dasselbe Wasser durch die Vakuumpumpe und durch die Kühlkanäle der Spindel.
- Die Pumpe saugt über den Vakuumtisch Staub und Feinspäne an – die landen im Wasser und damit in der Spindel.
- Ablagerungen verengen die Kühlkanäle und isolieren – die Spindel wird wärmer, das Lagerfett altert schneller, die Maße wandern.
- Warmes Wasser verschlechtert zugleich das Vakuum – im Sommer halten Werkstücke schlechter.
- Die Lösung: ein geschlossener Kühlkreislauf nur für die Spindel und eine trockenlaufende Vakuumpumpe ohne Wasser und ohne Öl.
1. So arbeitet eine Wasserring-Vakuumpumpe
Die Wasserring-Vakuumpumpe – fachlich Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe – ist ein robustes, bewährtes Prinzip. In einem runden Gehäuse dreht sich ein Laufrad mit feststehenden Schaufeln, das außermittig (exzentrisch) sitzt. Durch die Drehung wird das Betriebswasser nach außen geschleudert und bildet an der Gehäusewand einen umlaufenden Wasserring.
Weil das Laufrad außermittig läuft, taucht jede Schaufelkammer bei einer Umdrehung einmal tief und einmal kaum in diesen Ring ein. Wo sich das Wasser aus der Kammer zurückzieht, entsteht ein größerer Raum – hier wird Luft angesaugt. Wo das Wasser wieder in die Kammer drückt, wird die Luft zusammengepresst und ausgestoßen. Das Wasser wirkt also wie ein Kolben aus Flüssigkeit.
Dabei hat das Wasser drei Aufgaben gleichzeitig: Es dichtet die Kammern ab, es verdichtet die Luft, und es nimmt die Verdichtungswärme auf. Genau deshalb braucht die Pumpe ständig Betriebswasser – und genau deshalb lag es für die Maschinenkonstrukteure nahe, dieses Wasser gleich auch zur Kühlung der Spindel mitzubenutzen.
2. Warum die Spindel am selben Wasser hängt
Eine Hauptspindel setzt einen Teil ihrer elektrischen Leistung in Wärme um – im Motor (Kupfer- und Eisenverluste) und in den Lagern (Reibung). Diese Wärme muss abgeführt werden, sonst erwärmt sich die Spindel immer weiter. Dafür sind im Spindelgehäuse Kühlkanäle eingearbeitet, durch die ein Kühlmittel strömt.
Bei vielen älteren Maschinen hat man dafür keinen eigenen Kühlkreislauf gebaut, sondern den Wasserbehälter der Vakuumpumpe genutzt: Das Wasser läuft durch die Pumpe, durch die Spindel und zurück in den Behälter. Das war einfach, preiswert und funktionierte im Neuzustand gut. Das Problem zeigt sich erst mit den Jahren.
3. Was sich im Ringwasser über die Jahre sammelt
Die Vakuumpumpe saugt die Luft über den Vakuumtisch an – über Sauger, Konsolen und Rastermatten. Mit dieser Luft kommt alles mit, was auf dem Tisch liegt: Schleif- und Frässtaub, Feinspäne, Leimreste, Partikel aus Beschichtungen. Luftfilter halten einen Teil davon zurück, aber nicht alles. Was durchkommt, landet im Wasserring – und der Wasserring ist mit dem Kühlwasser der Spindel verbunden.
Über Monate und Jahre kommen weitere Effekte hinzu:
- Schlamm: Feiner Holz- und Plattenstaub quillt im Wasser auf und setzt sich als Schlamm ab – vor allem dort, wo das Wasser langsam fließt.
- Kalk: Verdunstetes Wasser wird meist mit Leitungswasser nachgefüllt. Das Wasser verdunstet, der Kalk bleibt. Mit jeder Nachfüllung steigt die Härte im Kreislauf.
- Korrosion: Durch den ständigen Kontakt mit Luft enthält das Ringwasser viel Sauerstoff. Zusammen mit gelösten Stoffen aus Holz und Klebstoffen greift es Metallflächen an. Das Korrosionsschutzmittel im Behälter wird dabei nach und nach verbraucht.
- Biologischer Bewuchs: Warmes, stehendes Wasser mit organischen Bestandteilen ist ein guter Nährboden für Bakterien und Algen. Schleimige Beläge können sich bilden.
Für die Pumpe selbst ist das lange Zeit kein großes Problem – sie ist robust. Für die Spindel dagegen schon. Denn die Kühlkanäle im Spindelgehäuse sind eng. Was sich dort ablagert, geht kaum wieder heraus.
4. Warum Ablagerungen die Spindelkühlung so stark verschlechtern
Ablagerungen in den Kühlkanälen wirken doppelt:
Erstens sinkt der Durchfluss. Wird ein Kanal enger, steigt der Strömungswiderstand stark an. Die Umwälzpumpe schafft weniger Wasser durch die Spindel. Weniger Wasser kann bei gleicher Erwärmung weniger Wärme abtransportieren. Vereinfacht gilt:
abgeführte Wärme = Durchfluss × Wärmekapazität des Wassers × Temperaturanstieg im Kühlmittel
Halbiert sich der Durchfluss, muss sich das Kühlwasser in der Spindel doppelt so stark erwärmen, um dieselbe Wärmemenge mitzunehmen – die Spindel läuft entsprechend wärmer.
Zweitens isolieren die Beläge. Kalk und Schlamm leiten Wärme um ein Vielfaches schlechter als der Stahl oder das Aluminium des Spindelgehäuses. Schon eine dünne Schicht an der Kanalwand wirkt wie eine Dämmung zwischen der warmen Spindel und dem Kühlwasser. Man kennt das vom Wasserkocher: Ist die Heizplatte verkalkt, dauert es länger – die Wärme kommt schlechter durch.
Beide Effekte verstärken sich gegenseitig. Das Tückische: Es passiert schleichend. Die Maschine läuft, aber die Spindel arbeitet dauerhaft bei höherer Temperatur, als sie sollte.
5. Was eine zu warme Spindel für Ihre Fertigung bedeutet
Die Maße wandern
Stahl dehnt sich bei Erwärmung aus – um etwa 0,012 mm pro Meter und Grad. Das klingt wenig. Ein Rechenbeispiel zeigt, warum es trotzdem zählt:
300 mm Spindellänge × 0,000012 pro Grad × 15 Grad Erwärmung ≈ 0,054 mm
Die Spindel „wächst“ also um rund fünf Hundertstel – vor allem in Z-Richtung. In der Praxis zeigt sich das so: Morgens, bei kalter Maschine, stimmen Nuttiefen und Bohrtiefen. Nach einigen Stunden Betrieb sind sie tiefer. Wer mit Beschlagbohrungen, Falzen oder sichtbaren Kanten arbeitet, merkt das. Eine gut gekühlte Spindel erreicht dagegen schnell eine stabile Betriebstemperatur und bleibt dort.
Das Lagerfett altert schneller
Die Spindellager sind in der Regel mit Fett auf Lebensdauer geschmiert. Dieses Fett altert – und zwar umso schneller, je wärmer es ist. In der Schmierstofftechnik gilt die Faustregel: Etwa alle 10 bis 15 Grad mehr halbiert sich die Gebrauchsdauer des Schmierstoffs. Dahinter steht die Arrhenius-Beziehung der Chemie – Oxidationsreaktionen laufen bei höherer Temperatur schneller ab.
Ist das Fett verbraucht, laufen die Lager trockener, erwärmen sich noch mehr, und der Verschleiß beschleunigt sich. Am Ende steht ein Lagerschaden – und eine Spindelreparatur ist einer der teuersten Posten an einem Bearbeitungszentrum. Wie beim Motoröl im Auto gilt: Man sieht dem Fett die Alterung nicht an, bis es zu spät ist.
Die Lagervorspannung verändert sich
Spindellager werden mit einer genau eingestellten Vorspannung montiert. Erwärmen sich Welle und Gehäuse unterschiedlich stark, ändert sich diese Vorspannung. Zu hohe Vorspannung erzeugt zusätzliche Reibung und damit noch mehr Wärme – ein Kreislauf, der sich selbst verstärkt.
6. Warum auch das Vakuum leidet – besonders im Sommer
Der gemeinsame Kreislauf schadet nicht nur der Spindel. Auch die Vakuumpumpe arbeitet schlechter, wenn ihr Wasser warm ist. Der Grund ist der Dampfdruck des Wassers.
Jede Flüssigkeit verdampft umso leichter, je wärmer sie ist. In einer Wasserring-Pumpe herrscht auf der Saugseite Unterdruck. Sinkt dieser Druck bis auf den Dampfdruck des Wassers, beginnt das Wasser zu verdampfen – der Wasserdampf füllt die Kammern, die eigentlich Luft ansaugen sollten. Das erreichbare Vakuum wird schlechter.
| Wassertemperatur | Dampfdruck des Wassers (ca.) |
|---|---|
| 10 °C | 12 mbar |
| 20 °C | 23 mbar |
| 30 °C | 42 mbar |
| 40 °C | 74 mbar |
| 50 °C | 123 mbar |
Die Tabelle zeigt: Zwischen 20 und 40 °C verdreifacht sich der Dampfdruck. Wird das Ringwasser zusätzlich von der Spindel aufgeheizt, verliert die Pumpe gerade dann Leistung, wenn es in der Halle ohnehin warm ist. Arbeitet die Pumpe nahe an dieser Grenze, kommt es außerdem zur Kavitation: Dampfblasen entstehen und fallen schlagartig wieder in sich zusammen. Das erzeugt ein typisches prasselndes Geräusch und greift auf Dauer Laufrad und Gehäuse an.
Für den Schreiner heißt das ganz praktisch: Im Sommer halten die Werkstücke schlechter, kleine Teile verrutschen eher, und die Pumpe klingt rauer.
7. Die Lösung: zwei getrennte Systeme
Der Kern des Umbaus ist einfach: Spindelkühlung und Vakuum werden voneinander getrennt. Jedes System bekommt genau das, was es braucht.
Ein eigener, geschlossener Kühlkreislauf für die Spindel
Die Spindel erhält ein eigenes Kühlsystem mit Kühlmittelbehälter, Umwälzpumpe, Wärmetauscher und Durchflusswächter. Der Kreislauf ist vollständig geschlossen: Es kommt weder Luft noch Staub hinein. Als Kühlmittel dient ein Wasser-Glykol-Gemisch mit Korrosionsschutz – es schützt die Kanäle, friert nicht ein und bleibt über lange Zeit stabil. Die Füllmenge ist klein; bei der passiven Ausführung sind es nur rund 7 Liter. Gegenüber dem großen, offenen Wasserbehälter einer Wasserring-Anlage spart das rund 90 % Korrosionsschutzmittel und den entsprechenden Entsorgungsaufwand.
Der Durchflusswächter überwacht ständig, ob genug Kühlmittel durch die Spindel strömt. Fällt der Durchfluss ab, meldet er das, bevor die Spindel Schaden nimmt. Beim alten, gemeinsamen Kreislauf fehlt eine solche Überwachung häufig.
Passiv oder aktiv – welche Kühlung braucht Ihre Spindel?
| Passive Kühlung | Aktive Kühlung | |
|---|---|---|
| Typische Spindel | 3- und 4-Achs-Spindeln | 5-Achs-Spindeln |
| Zerspanung | normal, Plattenwerkstoffe bis ca. 19 mm | erhöht, Massivholz, schwere Zerspanung |
| Prinzip | Wärmetauscher mit Lüfter – Wärme geht an die Hallenluft | Kompressor-Kühlaggregat – arbeitet wie ein Kühlschrank |
| Kühlmitteltemperatur | folgt der Hallentemperatur (immer etwas darüber) | wird auf einen festen Sollwert geregelt |
| Hohe Hallentemperatur | bedingt geeignet | geeignet |
Physikalisch ist der Unterschied klar: Ein passiver Wärmetauscher kann das Kühlmittel nur bis in die Nähe der Hallentemperatur herunterkühlen – Wärme fließt immer nur von warm nach kalt. Ist es in der Halle im Sommer 32 °C warm, bleibt das Kühlmittel darüber. Eine aktive Kühlung mit Kältekompressor kann dagegen auch unter die Hallentemperatur kühlen und hält einen festen Wert. Das ist vor allem bei 5-Achs-Spindeln wichtig, die kompakter gebaut sind und oft höhere Leistungsdichten haben.
Eine trockenlaufende Vakuumpumpe für den Tisch
Das Vakuum übernimmt eine trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpe. In ihr dreht sich ein außermittig gelagerter Rotor mit beweglichen Schiebern. Die Schieber werden durch die Fliehkraft an die Gehäusewand gedrückt und bilden so Kammern, die sich beim Drehen vergrößern (ansaugen) und verkleinern (ausstoßen) – ein ähnliches Prinzip wie beim Wasserring, nur dass hier feste Schieber die Arbeit des Wassers übernehmen.
Die Schieber bestehen aus einem selbstschmierenden Graphit-Werkstoff. Die Pumpe braucht deshalb weder Betriebswasser noch Öl. Es gibt keinen Wasserbehälter, der verschmutzen kann, keinen Ölwechsel und keinen Ölnebel in der Abluft. Die Pumpen sind für Dauerbetrieb ausgelegt; Wartung bedeutet im Wesentlichen: Filter sauber halten und die Schieber in großen Abständen prüfen.
Reicht das Vakuum einer trockenlaufenden Pumpe? Trockenlaufende Drehschieberpumpen dieser Größe erreichen einen Enddruck von rund 150 bis 200 mbar absolut – bezogen auf den Luftdruck sind das 80 bis 85 % Vakuum. Für das Spannen auf einem Vakuumtisch ist das der übliche Arbeitsbereich. Wie viel Kraft das bedeutet, zeigt eine einfache Rechnung:
Haltekraft = Druckunterschied × Saugfläche
Beispiel: Sauger 120 × 120 mm = 0,0144 m² · Druckunterschied 0,8 bar = 80.000 N/m² → 0,0144 × 80.000 ≈ 1.150 N
Ein einzelner Blocksauger dieser Größe hält also mit rund 1.150 Newton – das entspricht dem Gewicht von etwa 117 Kilogramm. Entscheidend für einen sicheren Halt ist deshalb weniger das letzte Millibar Enddruck, sondern dass die Pumpe genug Saugvermögen hat, um Leckagen an Saugern, Dichtungen und porösen Werkstücken auszugleichen. Deshalb richtet sich die Pumpengröße nach Ihrer bisherigen Pumpe und Ihrem Tisch.
Standard oder frequenzgesteuert?
Die Pumpe gibt es in zwei Ausführungen. Die Standardausführung läuft mit fester Drehzahl. Die frequenzgesteuerte Ausführung passt die Drehzahl dem tatsächlichen Bedarf an: Ist das Werkstück gespannt und der Tisch dicht, dreht sie herunter. Die Leistungsaufnahme sinkt dabei näherungsweise mit der Drehzahl. Bei Maschinen, die viele Stunden am Tag mit gespanntem Werkstück bearbeiten, spart das spürbar Strom und senkt zugleich Geräusch und Verschleiß.
8. Achtung beim reinen Pumpentausch
Wenn die alte Wasserring-Pumpe ausfällt, liegt es nahe, einfach nur eine neue, trockenlaufende Pumpe einzubauen. Das kann die Spindel zerstören.
Wurde Ihre Spindel bisher über den Wasserkreislauf der Wasserring-Pumpe mitgekühlt, verliert sie mit dem Ausbau dieser Pumpe ihre Kühlung. Eine trockenlaufende Pumpe liefert kein Kühlwasser. Die Spindel braucht dann zwingend einen eigenen Kühlkreislauf. Prüfen Sie vor jedem Pumpentausch, ob Kühlleitungen von der Spindel zum Pumpenbehälter führen – oder fragen Sie uns.
9. Ist meine Maschine betroffen? Eine kurze Checkliste
- Ihre Maschine hat eine Wasserring-Vakuumpumpe mit Wasserbehälter.
- Von der Spindel führen Schläuche zum Pumpenbehälter oder zur Pumpe.
- Das Wasser im Behälter ist trüb, braun oder riecht muffig; am Boden liegt Schlamm.
- Sie müssen regelmäßig Wasser und Korrosionsschutzmittel nachfüllen.
- Die Spindel wird spürbar warm, oder die Steuerung meldet Temperaturwarnungen.
- Bohr- und Nuttiefen verändern sich im Laufe des Arbeitstages.
- Im Sommer halten die Werkstücke schlechter, und die Pumpe klingt rau.
Treffen mehrere Punkte zu, lohnt sich ein Umbau – am besten, bevor die Spindel Schaden nimmt. Eine Spindelreparatur kostet ein Vielfaches des Umbaus.
10. Die Umbau-Pakete im Überblick
Wir bieten den Umbau als abgestimmtes Komplettpaket für HOMAG- und IMA-Bearbeitungszentren an – jeweils mit trockenlaufender Becker Drehschieber-Vakuumpumpe in zwei Größen, mit passiver oder aktiver Spindelkühlung und wahlweise mit frequenzgesteuerter Pumpe:
- HOMAG – Umbau-Paket Spindelkühlung mit Vakuumpumpe 100 m³/h
- HOMAG – Umbau-Paket Spindelkühlung mit Vakuumpumpe 250 m³/h
- IMA – Umbau-Paket Spindelkühlung mit Vakuumpumpe 100 m³/h
- IMA – Umbau-Paket Spindelkühlung mit Vakuumpumpe 250 m³/h
Welche Größe? Die Pumpengröße richtet sich nach Ihrer bisherigen Wasserring-Pumpe und der Größe Ihres Vakuumtisches. Nennen Sie uns bei der Anfrage Maschinentyp und Baujahr, den Spindeltyp (3-/4- oder 5-Achs) und die Daten Ihrer vorhandenen Pumpe – dann stimmen wir das Paket auf Ihre Maschine ab.
Montage: Auf Wunsch baut unser Monteur das Paket bei Ihnen ein, nimmt es in Betrieb und weist Ihr Personal ein – in Deutschland, Österreich und der Schweiz, zum Festpreis oder nach tatsächlichem Aufwand. Was das an Ihrem Standort kostet, berechnen Sie vorab mit unserem Montagerechner nach Postleitzahl.
11. Häufige Fragen
Kann ich die Wasserring-Pumpe nicht einfach reinigen und weiterbetreiben?
Behälter und Pumpe lassen sich reinigen, das Grundproblem bleibt aber bestehen: Mit jeder Stunde Betrieb gelangt wieder Staub ins Wasser und damit in die Spindel. Ablagerungen in den engen Kühlkanälen der Spindel lassen sich zudem kaum vollständig entfernen.
Wie lange steht die Maschine beim Umbau still?
Bei einer frei zugänglichen Maschine ist der Umbau in der Regel innerhalb eines Arbeitstages erledigt. Den genauen Ablauf stimmen wir vorher mit Ihnen ab.
Was passiert mit der alten Pumpe?
Die Demontage und Rücknahme der alten Wasserring-Vakuumpumpe bieten wir auf Wunsch gesondert an.
Wird die Maschine lauter?
Trockenlaufende Drehschieberpumpen sind luftgekühlt und haben ein eigenes Betriebsgeräusch. Wir empfehlen, die Pumpe so aufzustellen, dass die Abluft frei abziehen kann. Die frequenzgesteuerte Ausführung läuft im Teillastbetrieb deutlich leiser.
Brauche ich wirklich die aktive Kühlung?
Für 3- und 4-Achs-Spindeln in der normalen Plattenbearbeitung reicht in der Regel die passive Kühlung. Bei 5-Achs-Spindeln, viel Massivholz oder einer Halle, die im Sommer sehr warm wird, empfehlen wir die aktive Kühlung. Im Zweifel beraten wir Sie gern.
Fazit
Der gemeinsame Wasserkreislauf von Wasserring-Vakuumpumpe und Hauptspindel war eine einfache Lösung – aber eine, die mit den Jahren beiden Baugruppen schadet. Staub und Späne gelangen in die Kühlkanäle, die Spindel wird wärmer, das Lagerfett altert schneller und die Maße wandern. Gleichzeitig verliert die Pumpe mit warmem Wasser an Vakuum.
Die Trennung in einen geschlossenen Kühlkreislauf und eine trockenlaufende Vakuumpumpe beseitigt die Ursache, statt nur die Folgen zu behandeln. Die Spindel bekommt sauberes, überwachtes Kühlmittel bei stabiler Temperatur, das Vakuum wird unabhängig von Wassertemperatur und Jahreszeit. Wer die Spindel seiner Maschine noch lange nutzen will, sollte den Umbau einplanen, bevor die alte Pumpe endgültig ausfällt.
Fragen zu Ihrer Maschine beantworten wir gern – per E-Mail an info@sondermann.org oder über unsere Kontaktseite.
Physikalische Grundlagen: Dampfdrucktabelle Wasser (gerundete Standardwerte), thermische Längenausdehnung von Stahl (ca. 11–12 µm/(m·K)), Arrhenius-Faustregel der Schmierstofftechnik. Pumpenkennwerte nach Herstellerangaben für trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpen. Die Rechenbeispiele sind vereinfacht und dienen der Veranschaulichung. HOMAG ist eine Marke der HOMAG Group AG, IMA eine Marke der IMA Schelling Group; die Nennung dient ausschließlich der Zuordnung. Die Umbau-Pakete sind keine Originalprodukte der Maschinenhersteller.