Bezpečné upínání malých panelů pomocí vakua

Společnost ASSTEC Assembly Technology GmbH & Co. KG se specializuje na vývoj a montáž ergonomických pracovních stanic. Nabídka produktů a služeb pokrývá vše od dodávky jednotlivých komponent pro výrobu pracovních stanic pro montáž, zkoušky a expedici až po design a výrobu jednotlivých jednodílných průchozích buněk pro průmyslovou výrobu.

Při výrobě stolních desek a fasád nebo při práci s materiálem pro konstrukci regálů na zboží, skluzů, zásuvek a regálů používá ASSTEC obvykle vysokotlaké laminátové (HPL) panely zpracované na CNC frézce. Tyto panely jsou upevněny na vakuovém stole.

Při vytváření vakua spoléhá společnost ASSTEC na zubovou vývěvu MINK od společnosti Busch. Vývěva vytváří konstantně vysoké vakuum, které umožňuje bezpečné držení i malých obrobků.

O ASSTEC

Různá oddělení v ústředí společnosti ASSTEC v Rottweilu (dílny, nářadí, design, realizace) pracují na dosažení účinnosti ve všech aspektech výrobních procesů ve všech odvětvích výroby. Nabízí také poradenský program se speciálními workshopy na témata jako plánování rozvržení a toku materiálu, zkrácení doby obrábění, ergonomický design pracovní stanice a řízení dílny.

Stručně řečeno, ASSTEC se zaměřuje na vše, co umožňuje rychlejší a efektivnější výrobu a současně ergonomičtější a bezpečnější pracovní místa. Poté, co společnost ASSTEC spolupracovala se svými klienty na vývoji konceptu, používá k provádění testů modely prototypů z lepenky v plné velikosti (1:1). Poté následuje návrh a výroba jednotlivých pracovních stanic (obr. 1) a jejich vybavení.

Upevňování panelů

Při práci s panely používá ASSTEC převážně HPL v různých tloušťkách, které se následně zpracovávají procesem na CNC frézce (obr. 2). Tato frézka se také používá k frézování nebo gravírování polykarbonátu, jiných plastových materiálů a hliníkových panelů.

Výrobce instaloval čtyři sací ventilátoryna frézku. Každý z těchto odsávacích ventilátorů zásoboval jeden ze čtyř kvadrantů, do kterých byl rozdělen celý obráběcí stůl. Každý kvadrant měřil 3 000 x 500 milimetrů. Stroj tak mohl bezpečně udržet panely o velikosti až 2 x 3 metry. Vakuum vytvářené sacími ventilátory bylo také dostatečně silné, aby udrželo panely, které zakrývaly jeden ze čtyř kvadrantů stolu. U menších obrobků však byla přidržovací síla příliš nízká, takže obrobky během procesu často klouzaly po stole.

Ve snaze vyřešit tuto chybu v systému se společnost pokusila snížit rychlost frézky, avšak toto řešení se ukázalo jako nedostatečné. Marc Blessing, managing director společnosti ASSTEC, proto hledal lepší technické řešení a promluvil si s vakuovými specialisty společnosti Busch Vacuum Solutions.

Busch vacuum solution a jeho výhody pro zákazníka

Doporučili použít zubovou vývěvu MINK MV, která by mohla nahradit čtyři stávající sací ventilátory.

Společnost ASSTEC se rozhodla toto řešení realizovat a následně nahradila čtyři sací ventilátory jednou zubovou vývěvou MINK MV (obr. 3), která nyní vytváří dostatečnou rychlost čerpání, aby pokryla všechny čtyři vakuové sektory – celý obráběcí stůl. Kromě toho je jejich hladina vakua 150 milibarů (absolutní) výrazně vyšší než hladina vakua 800 milibarů (absolutní) starých sacích ventilátorů (obr. 4).

Zubové vývěvy MINK MV jsou téměř bezúdržbové. Pouze olej v převodovce se musí měnit každé dva roky. Díky vysoké úrovni vakua lze nyní při obrábění bezpečně upnout i malé obrobky.

Fyzikální podstata upínání pomocí vakua
Důvodem použití vakuového stolu k upnutí je samozřejmě bezpečné držení plochého obrobku během obráběcího procesu. Další výhodou je, že nejsou zapotřebí žádné mechanické upínací prvky, což znamená, že se neztrácí čas při upevňování komponent a nezůstávají žádné otlaky na obrobcích. Kombinace různých faktorů určuje, zda je obrobek bezpečně uchycen nebo ne. Z fyzikálního hlediska není obrobek ve skutečnosti udržován podtlakem, ale spíše atmosférickým tlakem. Vakuový systém jednoduše poskytuje dostatečný podtlak na opačné straně, aby umožnil atmosférickému tlaku uplatnit svůj plný účinek. Z technického hlediska se při upínání snižuje tlak mezi obrobkem a obráběcím stolem nebo jeho opěrnou plochou, protože je odsáván vzduch.

Tlak, povrch, přidržovací síla
Ve fyzice je tlak definován jako síla, která ovlivňuje určitou plochu – je tedy funkcí síly a plochy (obr. 5). Následující příklad ukazuje, jak se tato funkce počítá:

Na vakuový stůl CNC frézky je umístěn HPL panel připravený k obrábění. Má rozměry 500 x 3 000 milimetrů a přesně odpovídá velikosti jednoho z kvadrantů. Ostatní tři kvadranty jsou od přívodu vakua odděleny uzavíracími ventily.

Výpočet přidržovací síly pomocí sacího ventilátoru (800 milibarů (abs.))



To znamená, že tlakový rozdíl 200 milibarů mezi atmosférickým tlakem a podtlakem vytvářeným sacím ventilátorem vede k přídržné síle 30 000 N. HPL panel je proto přitlačen na obráběcí stůl hmotností tří tun.
Pokud chce uživatel upnout menší HPL panel pro obrábění, přídržná síla se sníží podle stejného vzorce. V tomto případě se předpokládá, že volný prostor na vakuovém stole je vzduchotěsný a zakrytý materiálem panelu nebo fólií.
Při upnutí HPL panelu s rozměry 150 x 150 milimetrů činí přidržovací síla pouze 450 N, což odpovídá hmotnosti 45 kilogramů, která přitlačuje panel na obráběcí stůl. V závislosti na tom, co uživatel s panelem dělá, může být přidržovací síla 450 N příliš malá na to, aby bylo zajištěno bezpečné uchycení panelu.
Pokud je nyní tento malý HPL panel upevněn na obráběcí stůl za stejných podmínek zubovou vývěvou MINK, přidržovací síla se více než zčtyřnásobí. Důvodem je zvýšený tlakový rozdíl mezi atmosférickým tlakem a podtlakem 150 milibarů generovaným vývěvou. Matematicky řečeno, síla 450 N při upínání pomocí sacího ventilátoru vzroste na 1 912 N při upínání pomocí vývěvy MINK. Hmotnost aplikovaná na panel se zvýší ze 45 na 191 kilogramů.

Výsledek, který můžeme vyvodit, je, že čím menší je HPL panel, tím vyšší musí být tlakový rozdíl nebo hladina vakua ve vývěvě.
Tyto výpočty platí pouze tehdy, když jsou povrchy na vakuovém stole, které nejsou kryty zpracovávaným panelem, zakryty tak, aby byly vzduchotěsné. Pokud tomu tak není, je do systému nasáván „únik vzduchu“. Pokud je vývěva dostatečně velká a její rychlost čerpání je dostatečně vysoká, dosáhne stále požadované hladiny vakua. Pokud jsou však vývěvy příliš malé, existuje riziko, že „únik vzduchu“ nasátý do systému bude mít negativní vliv na hladinu vakua a v důsledku toho i na přídržnou sílu.

Společnost ASSTEC používá zubovou vývěvu MINK od začátku roku 2018. Managing director Marc Blessing zdůrazňuje, že od té doby nezaznamenali žádné problémy s upnutím a že vývěva poskytuje konstantně vysoké vakuum k jejich maximální spokojenosti.