Vakuum při zpracování dřeva – 2. část

Poté, co jsme se v minulém díle podívali na základní aspekty vakuové technologie, budeme se dnes zabývat různými typy generování vakua. V tomto procesu bychom se chtěli zaměřit především na téma upnutí vakuem na obráběcím zařízení, což je oblast, která se vzhledem k pokroku v automatizaci v nábytkářském průmyslu a dalších odvětvích zpracování dřeva stala mnohem významnější. Souběžně s tímto vývojem probíhá i téma ekonomické efektivity, které se stále více se stává středem pozornosti vedoucích výroby a osob odpovědných za technologii. V zásadě existuje několik možností generování vakua. Pro vakuové upnutí lze použít různé mechanické vývěvy, o kterých si řekneme více.

Olejomazné rotační lamelové vývěvy

Olejomazné rotační lamelové vývěvy jsou klasickými vývěvami používanými pro upnutí na obráběcím zařízení. Před desítkami let se používaly téměř výhradně. Vyznačují se spolehlivostí, robustností a nízkým koncovým tlakem pod 1 mbar – což odpovídá hladině vakua 99,9%. Při této vysoké hladině vakua zaručují dostatečnou rezervní kapacitu rychlosti čerpání, a jsou proto schopny rychle a bezpečně upnout potřebný díl. Konstantní přívod oleje do kompresní komory umožňuje vysokou hladinu vakua. Olej je do vývěvy přiváděn vnitřním cirkulačním systémem, kde zajišťuje těsnění, mazání a odvádí kompresní teplo. Olej a olejový filtr by se měly měnit každých 2000 provozních hodin. U obráběcího zařízení s rychlostí čerpání přes 160 kubických metrů za hodinu byly tyto vývěvy nahrazené suchou vakuovou technologií. Pro menší obráběcí a upínací zařízení, které zvládají nižší rychlosti čerpání, fungují olejomazné rotační lamelové vývěvy stále hospodárně a s vysokou spolehlivostí.

Kapalinokružné vývěvy

Kapalinokružné vývěvy, které vytváří vakuum pomocí vody jako provozní kapaliny, fungují podle starého principu. Nikdy se však nedokázaly prosadit pro použití ve vakuovém upínání, protože voda jako provozní kapalina je spojena s určitými nároky na údržbu, od každodenního doplňování vody až po pravidelné čištění vodního okruhu. Hladina vakua těchto vývěv závisí na teplotě vody. Se stoupající teplotou vody se snižuje dosažitelný koncový tlak a s ním i rychlost čerpání. Nejvyšší rychlosti čerpání je dosaženo při teplotách do 15 °C. Při teplotě vody 40°C klesne rychlost čerpání na 40 procent původní hodnoty. Hlavní výhodou kapalinokružné vakuové technologie je vysoká kompatibilita s vodními párami a vlhkostí - výhoda, kterou nelze využít při uchycování na obráběcím zařízení, ale prakticky předurčuje tyto vývěvy k sušení a impregnaci dřeva.

Suchoběžné rotační lamelové vývěvy

Suchoběžné rotační lamelové vývěvy, které fungují bez provozních kapalin – což znamená, že ke stlačení odváděného vzduchu není potřeba olej ani voda, se nazývají „suchoběžné“. Tyto vývěvy se velmi často používají k upnutí vakuem, protože investiční náklady jsou relativně nízké. Princip fungování (obr. 1) je stejný jako u olejomazných rotačních lamelových vývěv.

Kvůli chybějícímu mazání olejem se však používají takzvané „samomazné“ lamely nebo čepele z uhlíkového grafitového materiálu. Jejich nevýhodou je, že podléhají opotřebení (obr. 2) a musí být pravidelně vyměňovány, aby nedošlo k prasknutí lamel a tím k úplnému selhání. Opotřebení lamel také ovlivňuje výkon těchto vývěv. Po pouhých 2 000 hodinách provozního času může rychlost čerpání suchoběžné rotační lamelové vývěvy dosáhnout pouze 85 až 90 procent původní rychlosti čerpání. Jedním z faktorů, které ovlivňují životnost lamel, je zpracovávaný materiál. Abrazivní prach z MDF urychluje opotřebení lamel. Při třísměnném provozu je nutná kontrola lamel minimálně jednou za půl roku a v případně potřeby je nutné je vyměnit. Obsluha by měla zvážit nejen náklady na pořízení těchto speciálních lamel – které by neměly být podceňovány – ale měla by se také kriticky podívat na spotřebu energie tohoto typu vývěvy. Ve srovnání se všemi ostatními vakuovými technologiemi jsou náklady na energii u těchto vývěv nejvyšší. Pravidlem je, že suchoběžné rotační lamelové vývěvy od rychlosti čerpání 140 kubických metrů vyžadují o 20 procent více energie za hodinu.

Vzhledem k nákladům na údržbu a energii spojených se suchoběžnými rotačními lamelovými vývěvami je doporučujeme používat pouze do rychlosti čerpání přibližně 100 kubických metrů za hodinu. Čím menší je velikost, tím pomaleji se lamely opotřebovávají, protože průměr kompresní komory je menší. Tím se snižuje obvodová rychlost lamel a vzdálenost, kterou musí jednotlivé lamely překonat při zasouvání a vysouvání do a z drážek rotoru.

Suchoběžné zubové vývěvy MINK

V polovině 90. let vyvinula společnost Busch Vacuum Solutions zcela nový princip výroby vakua: Suchoběžnou zubovou technologii MINK. Tato neustále zdokonalovaná technologie se od té doby prosadila v dřevozpracujícím průmyslu. Dnes již třetí generaci těchto vývěv používá několik předních výrobců CNC frézek. Suchoběžné zubové vývěvy MINK také pracují bez provozních kapalin, jako je olej nebo voda. Dva rotory ve tvaru zubů se pohybují ve statoru (obr. 3). Nedochází k jejich vzájemnému kontaktu, ani ke kontaktu se statorem. To znamená, že nedochází ke tření, a tudíž ani opotřebení, což umožňuje téměř bezúdržbovou výrobu vakua. Údržba se omezuje na půlroční výměnu převodového oleje. Výhodou bezkontaktní komprese odsávaného vzduchu je také výrazně nižší spotřeba energie než u jiných vývěv, čímž suchoběžné zubové vývěvy MINK představují energeticky nejúčinnější typ výroby vakua pro vakuové upínání.

Z technických důvodů je suchoběžná zubová vývěva MINK jediným zde zmíněným generátorem vakua, který lze plně ovládat podle požadavku. To znamená, že pro vývěvu lze nastavit konkrétní hodnotu (koncový tlak). Po dosažení této hodnoty se otáčky automaticky sníží nebo se vývěva sama vypne. To umožňuje další úsporu energie. Proto společnost Busch nabízí všechny velikosti – od 40 do 900 kubických metrů rychlosti čerpání za hodinu – a také energeticky úsporné a frekvenčně řízené motory.

Shrnutí

Existují různé možnosti, jak vytvořit vakuum na upínání. V zásadě je třeba situace posuzovat individuálně, aby bylo možné najít ideální vývěvu. Diagram (obr. 4) může pomoci při předběžném rozhodnutí. Obecně však při výběru a volbě rozměrů doporučujeme konzultaci s odborníkem.