Veilig opspannen van kleinere panelen met vacuüm

ASSTEC GmbH & Co. KG is gespecialiseerd in de ontwikkeling en realisatie van ergonomische werkplekken. Het assortiment producten en diensten omvat niet alleen de levering van afzonderlijke componenten voor de productie van montage-, test- en verzendwerkplekken. Maar ook het ontwerp en de productie van uit één stuk - op maat gemaakte - flowproductiecellen voor complete industriële productie.

Voor tafelbladen, lambrisering of als materiaal voor de constructie van productdragers, goten, laden of rekken gebruikt ASSTEC meestal HPL-panelen (hogedruklaminaat) die worden bewerkt op een CNC-frees. DE panelen worden met vacuüm opgespannen op een vacuümtafel.

Voor het genereren van het vacuüm vertrouwt ASSTEC op een MINK klauwenvacuümpomp van Busch. Deze genereert een constant hoogvacuüm, zodat zelfs kleinere werkstukken veilig verankerd zijn.

Over ASSTEC

Op het hoofdkantoor in Rottweil houdt ASSTEC zich op verschillende gebieden (workshops, gereedschappen, ontwerp en realisatie) bezig met de efficiëntie van productieprocessen in alle sectoren van de productie-industrie. Zij bieden ook een adviesprogramma met speciale workshops over onderwerpen als lay-out- en materiaalstroomplanning, vermindering van de insteltijd, ergonomie van de werkplek en werkvloerbeheer.

Kortom, met alles wat de productie sneller en efficiënter maakt en werkplekken ergonomischer en veiliger. De concepten worden samen met de klant ontwikkeld. Om hierna gemodelleerd en getest te worden met kartonnen engineering prototypes op een schaal van 1:1. Daarna volgt het ontwerp en de realisatie van de individuele werkstations (Afb. 1) en hun uitrusting.

Bevestiging panelen

Bij ASSTEC is het grootste deel van het gebruikte plaatmateriaal HPL in verschillende diktes. Het wordt bewerkt op een CNC-freesmachine (Afb. 2). Deze freesmachine wordt ook gebruikt voor het frezen of graveren van polycarbonaat, andere kunststofplaten en aluminium panelen.

Oorspronkelijk is de freesmachine door de fabrikant uitgerust met vier ventilatoren. Elk van deze ventilatoren levert aan één van vier kwadranten, waarin de volledige bewerkingstafel is onderverdeeld. Elk kwadrant meet 3.000 x 500 millimeter. Dit betekent dat panelen van maximaal twee bij drie meter veilig kunnen worden gefixeerd. Het door de aanzuigventilatoren gegenereerde vacuüm is ook voldoende om panelen vast te houden die één van de vier kwadranten van de tafel bedekken. Maar voor kleinere werkstukken blijkt de houdkracht toch te laag. Hierdoor schuiven ze tijdens de verwerking over de tafel.

Geprobeerd wordt om dit te compenseren door de voedingssnelheid van de frees te verlagen. Maar dit was geen bevredigende oplossing. Marc Blessing de Managing Director bij ASSTEC gaat daarom op zoek naar een betere technische oplossing. Hij benadert de vacuümspecialisten van Busch Vacuum Solutions.

Vacuümoplossing van Busch en de voordelen voor de klant

Het advies is een MINK MV klauwenvacuümpomp. Deze vervangt dan de vier bestaande ventilatoren.

ASSTEC kiest inderdaad voor deze oplossing en vervangt de vier ventilatoren door een MINK MV klauwenvacuümpomp (Afb. 3). Deze heeft voldoende pompsnelheid om alle vier de vacuümsectoren - dus de hele verwerkingstafel - te voorzien. Bovendien is het vacuümniveau van 150 millibar (absoluut) aanzienlijk hoger dan bij de eerder gebruikte afzuigventilatoren met een vacuümniveau van 800 millibar (absoluut) (afb. 4).

MINK klauwenvacuümpompen zijn vrijwel onderhoudsarm. Alleen de tandwielolie moet om de twee jaar worden vervangen. Dankzij het hoge vacuümniveau worden zelfs kleine werkstukken veilig gefixeerd tijdens de verwerking.

De fysische achtergrond van het opspannen met vacuüm
Het doel van het opspannen op een vacuümtafel is natuurlijk om een vlak werkstuk tijdens bewerking veilig te fixeren. Een ander voordeel is dat er geen mechanische spanelementen nodig zijn. Dit betekent dat er geen tijd wordt verspild aan het bevestigen van componenten. Bovendien blijven er geen druksporen op de werkstukken achter. Een combinatie van verschillende factoren bepaalt of een werkstuk veilig wordt vastgezet of niet. Natuurkundig gezien is het niet het vacuüm dat het werkstuk vasthoudt, maar de atmosferische druk. Het vacuümsysteem zorgt alleen voor voldoende onderdruk aan de andere kant, zodat de atmosferische druk kan uitoefenen. Technisch gesproken wordt de druk tussen het werkstuk en de bewerkingstafel of het steunvlak tijdens het opspannen verlaagd door de lucht daar weg te halen.

Druk, oppervlak, kracht
In de natuurkunde wordt druk gedefinieerd als een kracht die op een bepaald oppervlak werkt. Het is daarom een functie tussen kracht en oppervlak (afb. 5). Onderstaand een voorbeeld van de berekening van deze functie

Een HPL paneel wordt op de vacuümtafel van de CNC freesmachine geplaatst om bewerkt te worden. Met afmetingen van 500 x 3000 millimeter komt het precies overeen met de grootte van een kwadrant. De andere drie kwadranten zijn van de vacuümtoevoer gescheiden door afsluiters.

Berekening van de kracht met een ventilator (800 millibar (abs.))



Dit betekent dat een opgewekt drukverschil van 200 millibar tussen de atmosferische druk en het opgewekte vacuüm resulteert in een houdkracht van 30.000 N. Het HPL-paneel wordt dus met een gewicht van drie ton op de bewerkingstafel geperst.
Als een kleiner HPL-paneel opgespannen moet worden voor bewerking, wordt de kracht volgens dezelfde berekening verminderd. Hierbij wordt ervan uitgegaan dat het vrije oppervlak op de vacuümtafel luchtdicht is afgedekt met plaatmateriaal of folie.
Als een HPL-paneel van 150 x 150 millimeter wordt opgespannen, bedraagt de kracht slechts 450 N. Dit komt overeen met een gewicht van 45 kilogram waarmee het paneel op de bewerkingstafel wordt gedrukt. De kracht van 450 N kan te laag zijn om stevige grip te garanderen. Dat is afhankelijk van de manier waarop het paneel wordt verwerkt.
Als dit kleine HPL paneel nu onder dezelfde omstandigheden wordt opgespannen op de verwerkingstafel met een MINK klauwenvacuümpomp, dan wordt de kracht meer dan verviervoudigd. Want deze vacuümpomp genereert een hoger drukverschil tussen de atmosferische druk en het vacuüm van 150 millibar. De waarde neemt toe van 450 N bij het klemmen met een ventilator tot 1.912 N bij het klemmen met de MINK vacuümpomp. Hierbij neemt het gewicht dat op het paneel rust toe van 45 tot 191 kilogram.

De conclusie. Hoe kleiner het HPL-paneel, hoe hoger het drukverschil of vacuümniveau van de vacuümpomp moet zijn.
Deze berekeningen zijn alleen van toepassing als de niet door een paneel bedekte oppervlakken van de vacuümtafel luchtdicht zijn afgedekt. Anders wordt 'valse lucht' aangezogen. Is de vacuümpomp groot genoeg met een bijbehorende hoge pompsnelheid. Dan bereikt deze zeker nog het vereiste vacuümniveau. Maar zijn de vacuümpompen te klein. Dan bestaat het risico dat de aangezogen 'valse lucht' een negatief effect heeft op het vacuümniveau en dus op de houdkracht.

ASSTEC gebruikt sinds begin 2018 de MINK klauwenvacuümpomp. Algemeen directeur Marc Blessing benadrukt dat er sindsdien geen problemen meer zijn met opspannen. De vacuümpomp werkt naar volle tevredenheid en levert een constant hoog vacuümniveau .