Sikker fastspænding af små paneler med vakuum

ASSTEC Assembly Technology GmbH & Co. KG er specialiseret i udvikling og skabelse af ergonomiske arbejdspladser. Deres produkt- og serviceportefølje dækker alt fra levering af individuelle komponenter til fremstilling af samlings-, test- og forsendelse af arbejdsstationer til design og fremstilling af individuelle produkter til industriel produktion.

Ved produktion af bordplader og facader eller arbejde med materialer til at konstruere vareinventar, afløb, skuffer og reoler anvender ASSTEC normalt højtrykslaminat (HPL) paneler, der behandles i en CNC-router. Disse paneler fastspændes fast på et vakuumbord.

Til at generere vakuummet anvender ASSTEC en MINK klovakuumpumpe fra Busch. Vakuumpumpen genererer et konstant fint vakuum, så selv små arbejdsemner kan holdes sikkert.

Om ASSTEC

De forskellige afdelinger i ASSTECs hovedkvarter i Rottweil (værksteder, værktøjer, design, implementering) arbejder alle på at opnå effektivitet i alle aspekter af produktionsprocesser på tværs af alle sektorer i fremstillingsindustrien. De tilbyder også et konsulentprogram med særlige workshops om emner som planlægning af layout og materialeflow, reduktion af værktøjstider, ergonomisk design af arbejdsstationer og ledelse af værkstedet.

Kort sagt tager ASSTEC fat på alt, der gør produktionen hurtigere og mere effektiv, samtidig med at arbejdsstationerne bliver mere ergonomiske og sikre. Efter at have samarbejdet med kunderne om at udvikle et koncept, bruger ASSTEC prototypemodeller i fuld størrelse (1:1) i pap til at udføre tests. Efter dette trin følger design og produktion af de enkelte arbejdsstationer (fig. 1) og deres udstyr.

Holde paneler

Når ASSTEC arbejder med paneler, bruger de overvejende HPL i forskellige tykkelser, som derefter bearbejdes på en CNC-fræser (fig. 2). Denne fræser bruges også til at fræse eller gravere polykarbonat, andre plastmaterialer og aluminiumspaneler.

Producenten installerede fire ventilator på fræseren. Hver af disse ventilatorer forsynede en af de fire kvadranter, som hele forarbejdningsbordet var inddelt i. Hver kvadrant målte 3.000 x 500 millimeter. Dette gjorde det muligt for maskinen sikkert at holde paneler på op til 2 x 3 meter i størrelse. Vakuummet, som ventilatorne genererede, var også stærkt nok til at holde paneler, der dækkede en af bordets fire kvadranter. Holdekraften var dog for lav til mindre arbejdsemner, hvilket betød, at de ofte gled hen over bordet under processen.

I et forsøg på at modvirke denne fejl i systemet forsøgte virksomheden at reducere routerens fremføringshastighed, selvom denne løsning blev vurderet som utilstrækkelig. Marc Blessing, administrerende direktør hos ASSTEC, gik derfor på jagt efter en bedre teknisk løsning og talte med vakuumspecialisterne fra Busch Vacuum Solutions.

Busch vakuumløsningen og dens fordele for kunden

De anbefalede at bruge en MINK MV klovakuumpumpe, som ville kunne erstatte de fire eksisterende ventilatorer.

ASSTEC besluttede at implementere denne løsning og udskiftede derefter de fire ventilatorer med en MINK MV klovakuumpumpe (fig. 3), som nu genererer tilstrækkelig pumpehastighed til at dække alle fire vakuumsektorer – hele forarbejdningsbordet. Derudover er deres vakuumniveau på 150 millibar (absolut) betydeligt højere end vakuumniveauet på 800 millibar (absolut) for de gamle ventilatorer (fig. 4).

MINK MV klovakuumpumper er næsten vedligeholdelsesfrie. Det er kun olien i gearkassen, der skal skiftes hvert andet år. Takket være det fine vakuum kan selv små arbejdsemner nu fastspændes sikkert fast under bearbejdningen.

Det fysiske grundlag for fastspænding med vakuum
Årsagen til at bruge et vakuumbord til fastspænding er naturligvis at gøre det muligt at holde et fladt arbejdsemne sikkert under bearbejdningsprocessen. En anden fordel er, at der ikke er behov for mekaniske klemmeelementer, hvilket betyder, at der ikke spildes tid på at fastgøre komponenter, og at der ikke efterlades trykmærker på arbejdsemnerne. En kombination af forskellige faktorer afgør, om et arbejdsemne holdes sikkert eller ej. Fysisk set er det faktisk ikke vakuummet, der holder arbejdsemnerne, men snarere det atmosfæriske tryk. Vakuumsystemet leverer ganske enkelt tilstrækkeligt negativt tryk på den modsatte side til, at det atmosfæriske tryk kan udøve sin fulde effekt. Fra et teknisk synspunkt reduceres trykket mellem arbejdsemnet og forarbejdningsbordet eller dets støtteflade, når det fastspændes, fordi der suges luft ud.

Tryk, overflade, holdekraft
I fysikken defineres tryk som den kraft, der påvirker et bestemt område – og dermed er det en funktion af kraft og areal (fig. 5). Nedenstående eksempel viser, hvordan denne funktion beregnes:

På CNC-routerens vakuumbord placeres et HPL-panel klar til bearbejdning. Det måler 500 x 3.000 millimeter og svarer præcist til størrelsen på en af kvadranterne. De andre tre kvadranter er adskilt fra vakuumforsyningen af lukkeventiler.

Beregning af holdekraft med ventilator (800 millibar (abs.))



Det betyder, at differenstrykket på 200 millibar mellem det atmosfæriske tryk og det undertryk, der genereres af indsugningsventilatoren, fører til en holdekraft på 30.000 N. HPL-panelet presses derfor på forarbejdningsbordet med en vægt på tre tons.
Hvis brugeren ønsker at fastgøre et mindre HPL-panel til bearbejdning, reduceres holdekraften med samme formel. I dette tilfælde antages det, at det frie rum på vakuumbordet er lufttæt og dækket med panelmateriale eller folie.
Hvis der klemmes et HPL-panel med dimensionerne 150 x 150 millimeter, er holdekraften kun 450 N, hvilket svarer til en vægt på 45 kg, der trykker panelet på forarbejdningsbordet. Afhængigt af, hvad brugeren gør ved panelet, kan en holdekraft på 450 N være for lille til, at panelet holdes sikkert.
Hvis dette lille HPL-panel nu klemmes fast på forarbejdningsbordet under de samme betingelser med en MINK klovakuumpumpe, firedobles holdekraften. Årsagen til dette er det øgede differenstryk mellem atmosfærisk tryk og det vakuum på 150 millibar, der genereres af vakuumpumpen. Matematisk set stiger kraften på 450 N, når der klemmes med en ventilator, til 1.912 N, når der klemmes med MINK vakuumpumpen. Vægten på panelet øges fra 45 til 191 kg.

Som følge heraf kan vi konkludere, at jo mindre et HPL-panel er, jo højere skal vakuumpumpens differenstryk eller vakuumniveau være.
Disse beregninger gælder kun, når de overflader på vakuumbordet, der ikke er dækket af det panel, der er under proces, er dækket lufttæt. Hvis dette ikke er tilfældet, suges der "lækageluft" ind i systemet. Hvis vakuumpumpen er stor nok, og dens pumpehastighed er høj nok, vil den stadig nå det påkrævede vakuumniveau. Hvis vakuumpumperne imidlertid er for små, er der risiko for, at den "lækageluft", der suges ind i systemet, vil have en negativ effekt på vakuumniveauet og dermed også holdekraften.

ASSTEC har brugt MINK klovakuumpumpen siden begyndelsen af 2018. Administrerende direktør Marc Blessing understreger, at de ikke har oplevet nogen problemer siden da, og at vakuumpumpen leverer et konstant højt vakuumniveau til deres tilfredshed.