Handling mit Vakuum

Handling mit Vakuum
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Speziell beschichtete Vakuumsauger erlauben das abdruckfreie Handling von Werkstücken mit empfindlichen Oberflächen, wie Silizium- oder Glasplatten.
05.07.2011 | Die Vakuumtechnik nimmt in der industriellen Automation und in nahezu allen Handhabungsbereichen einen fixen Stellenwert ein. Vakuumerzeuger, Sauger, Schalter und Ejektoren sorgen dafür, dass mechanisch nicht fassbare Teile transportiert und positioniert werden können. Auch wenn die Vakuumtechnologie nie neu erfunden wird, vereinfachen Innovationen Handlingsprozesse oder erschliessen neue Bereiche

Die Vakuumtechnik hat ihre Anwendungsdomäne dort, wo Teile, die sich mechanisch schwer oder gar nicht fassen lassen, transportiert und positioniert werden sollen, zum Beispiel in der Halbleiterfertigung, Verpackungstechnik, Glas- und Kunststoffbearbeitung. Alle Produkte mit einer dichten, stabilen und glatten Oberfläche lassen sich mit der Vakuumtechnik handhaben, sofern es das Gewicht des Werkstücks erlaubt.
 
Das Herzstück von Vakuum-Anwendungen ist die Vakuumerzeugung. Sie geschieht entweder mechanisch mit Gebläsen und Pumpen, oder mit Ejektoren, die das Vakuum direkt dort erzeugen, wo es gebraucht wird. Dies ermöglicht schnellere Taktzeiten, da keine langen Schlauchleitungen evakuiert werden müssen. Vakuumejektoren funktionieren nach dem Venturiprinzip und müssen daher mit Druckluft durchströmt werden. Der Eigenluftverbrauch bei einem Betriebsdruck von 0,4 MPa (4 bar) beträgt je nach Düsengrösse 3,5 bis 126 l/min. Auf denselben Betriebsdruck bezieht sich auch der maximale Unterdruck von -88 kPa (-880 mbar). Die Saugluftleistung liegt, auch abhängig vom Düsendurchmesser (0,3 bis 2x1,2mm), zwischen 2 und 200 l/min. Oft werden in der Praxis mehrstufige Ejektoren eingesetzt, welche zwei oder drei nacheinander geschaltete Düsen besitzen. Während mit der ersten Düse ein hoher Unterdruck erzeugt wird, erzeugt die zweite einen grossen Saugvolumenstrom mit geringem Unterdruck. Es resultiert eine bis zu 40 Prozent erhöhte Saugleistung, bei dreistufigen Ejektoren gar eine um 250 Prozent höhere.
Heute sind Vakuumejektoren mit integrierten Funktionen «state of the art». Vakuumeinheiten von SMC Pneumatik sind mit Magnetventilen für Vakuum- und Ausblassteuerung, Vakuumschalter für die Drucküberwachung sowie Ansaugfilter und Schalldämpfer für die Abluft ausgerüstet. Für die Dosierung der Ausblasmenge ist zu dem eine Drossel eingebaut. Solche komplette Vakuumerzeugereinheiten sind gerade mal 10 mm breit und nur 46 g schwer. Zudem können diese zu Mehrfachanschlussplatten zusammengebaut werden.

Abdruckfrei transportieren

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Der Aufbau einer Vakuumapplikation: Entweder mit Einzelteilen (rechts) oder mit einem modularen Vakuumejektor (rechts).
Um die Werkstücke schliesslich zu transportieren und positionieren, bedarf es der richtigen Saugnäpfe. Sie sind in den unterschiedlichsten Formen, Bauarten, Grössen und Materialen erhältlich, um die unterschiedlichen Oberflächen und Formen der Werkstücke optimal greifen zu können. Für glatte, flache und feste Oberflächen eigenen sich insbesondere Saugnäpfe in flacher Ausführung. Besteht die Gefahr, dass flexible Materialien wie Papier und Folien durch das Ansaugen deformiert werden, empfehlen sich flache, dünne Saugnäpfe. Eine hohe Form eignet sich für stark gewölbte Gegenstände wie Kugeln.

Häufigstes Material für Vakuumsaugnäpfe ist NBR, da es preisgünstig ist und in den meisten Fällen den Anforderungen entspricht. Daneben stehen aber eine Reihe weiterer Materialien zur Verfügung, welche an spezielle Anwendungen angepasst sind. Polyuretan zeichnet sich durch seine Verschleissfestigkeit aus, Silikon durch seine Temperatureigenschaften und Fluor-Kautschuk durch Ölbeständigkeit. Für die Elektronikindustrie sind zudem elektrisch leitende Saugnäpfe erhältlich, die ein antistatisches Heben der Teile erlauben. Einen weiteren Spezialfall bilden Anwendungen wie das Handling von Glas- oder Siliziumplatten. Hier dürfen nach dem Heben und Positionieren keine Abdrücke der Vakuumsauger auf den Werkstücken zurück bleiben. Auch für diese besonderen Fälle führt SMC Pneumatik entsprechende Materialen im Angebot. Sauger aus halogeniertem NBR, beschichtet mit Fluorkunststofffolie oder mit eingebautem Kunststoffteil aus PEEK schaffen Abhilfe und verhindern, dass sich Gummirückstände auf den Kontaktflächen ablagern.

Sicheres Vakuumhandling

Sicheres Vakuumhandling
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Modular zusammengesetzte Batterien einer Vakuumerzeuger Einheit von SMC erzeugen direkt am Roboterarm das Vakuum für die Verpackungsanwendung.
Wenn mehrere Sauger an einen Erzeuger angeschlossen sind, kann dies zu erhöhtem Vakuumbedarf führen, wenn ein Saugnapf das Werkstück nicht richtig greift. Durch die hohe Leckage ist das Vakuum bei den Saugern dann nicht mehr vorhanden. Um dies zu verhindern, wird jeder Saugnapf mit einem mechanischen Tast- oder Sicherungsventil ausgestattet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Vakuumzugang nur dann öffnet, wenn der Saugnapf auch richtig am Werkstück sitzt. Bei den Saugern mit mechanischen Tastventilen ist in deren Mitte ein Ventil mit einem Taster eingebaut. Dieser wird durch das Werkstück betätigt und der Vakuumdurchgang ist offen.
Wird ein Vakuumsicherungsventil eingesetzt ist, im Gegensatz zum mechanischen Tastventil, der Vakuumzugang mit einem Rückschlagventil unterbrochen. Berührt der Sauger das Werkstück nicht, wird auch das Rückschlagventil nicht geöffnet. Hat der Sauger Kontakt mit dem Werkstück, wird über eine kleine Bohrung auf beiden Seiten des Rückschlagventils das gleiche Vakuum aufgebaut. Erst dann öffnet sich das Ventil, unterstützt durch die Feder, und gibt so den Vakuumzugang frei. Die Vakuumsauger sind so ausgelegt, dass sie in Verbindung mit Zylindern der Vakuumserie eingesetzt werden können. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, sie direkt an die Kolbenstange anzuschrauben, die bei dieser Version durchbohrt ist. Die Bohrung dient hier gleich als Vakuumleitung.

Bestimmte Anwendungen kommen ohne exakten Vakuumschalter aus. Andererseits ist auch der Vakuumschalter allein erhältlich. Die kleinsten sind nur einige Gramm schwer und können mit Hilfe eines T-Stücks an beliebiger Stelle in eine Vakuumleitung eingebaut werden. Ebenso mit einer einfachen Steckverbindung sind Vakuumfilter erhältlich. Der Filter zwischen Saugnapf und Vakuumerzeuger schützt den Ejektor vor Schmutzpartikel. Auch hier gelten die für die Vakuumtechnik charakteristischen Merkmale geringe Abmessungen und niedriges Gewicht. Der schwerste Filter wiegt 39 Gramm und besitzt einen Schlauchanschluss von 10mm. Wasserabscheider, Sensoren, Vakuumregler sowie das übliche Zubehör an Verschraubungen, Steckverbindungen und Schläuchen komplettieren das Vakuumsortiment von SMC Pneumatik. Nicht zuletzt benötigt die Vakuumerzeugung mit Ejektoren auch die gängigen Geräte für die Druckluftaufbereitung (Kältetrockner, Filter, Regler), da hier Druckluft verwendet wird.

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