Bezpieczne zaciskanie małych paneli za pomocą próżni

Firma ASSTEC Assembly Technology GmbH & Co. KG specjalizuje się w projektowaniu i tworzeniu ergonomicznych miejsc montażu. Oferta produktów i usług obejmuje zakres od dostawy pojedynczych komponentów do produkcji stanowisk pracy do montażu, testów i wysyłki po projekt i produkcję pojedynczych jednoczęściowych komór produkcyjnych do produkcji przemysłowej.

Podczas produkcji blatów i okładzin stołów lub pracy z materiałami do budowy regałów, zsypów, szuflad i regałów ASSTEC zazwyczaj stosuje panele laminowane wysokociśnieniowo (HPL) przetwarzane w procesie na frezarce CNC. Panele te są zaciskane na stole próżniowym.

Do wytwarzania próżni ASSTEC korzysta z kłowych pomp próżniowych MINK firmy Busch. Pompa próżniowa wytwarza stale wysokie podciśnienie, dzięki czemu nawet małe obrabiane elementy są bezpiecznie utrzymywane.

O firmie ASSTEC

Różne działy z siedzibą ASSTEC w Rottweil (warsztaty, narzędzia, projekt, realizacja) pracują nad osiągnięciem wydajności we wszystkich aspektach procesów produkcyjnych we wszystkich sektorach przemysłu wytwórczego. Firma oferuje również program doradztwa ze specjalnymi warsztatami na takie tematy, jak planowanie układu i przepływu materiałów, redukcja czasu oprzyrządowania, ergonomiczny projekt stanowiska pracy i zarządzanie hali produkcyjnej.

Krótko mówiąc, ASSTEC zajmuje się wszystkim, co zwiększa szybkość i wydajność produkcji, a jednocześnie ergonomię i bezpieczeństwo stanowisk pracy. Po opracowaniu wspólnie z klientami koncepcji firma ASSTEC wykorzystuje pełnowymiarowe (1:1) prototypy wykonywane techniką kartonową w celu przeprowadzania testów. Następnie następuje projekt i produkcja poszczególnych stanowisk pracy (il. 1) i ich sprzętu.

Mocowanie paneli

Podczas obróbki paneli firma ASSTEC stosuje głównie HPL o różnych grubościach, które są następnie poddawane procesowi obróbki na frezarce CNC (il. 2). Frezarka służy również do frezowania lub grawerowania poliwęglanu, innych tworzyw sztucznych i paneli aluminiowych.

Producent zainstalował na routerze czterywentylatory ssące. Każdy z tych wentylatorów ssących zasilał jeden z czterech kwadrantów, na które był podzielony cały stół obróbczy. Każdy kwadrant miał wymiary 3000 x 500 milimetrów. Dzięki temu maszyna mogła bezpiecznie utrzymywać panele o rozmiarze do 2 x 3 metrów. Próżnia wytwarzana przez wentylatory ssące była również wystarczająco mocna, aby utrzymać panele, które zakrywały jeden z czterech kwadrantów osłony stołu. Siła mocująca była jednak zbyt mała dla mniejszych obrabianych elementów, co oznaczało, że często przesuwały się one po stole w trakcie procesu.

W celu przeciwdziałania temu problemowi w systemie firma podjęła próbę zmniejszenia szybkości podawania frezarki, chociaż rozwiązanie to zostało uznane za niewystarczające. Dlatego Marc Blessing, dyrektor zarządzający ASSTEC, poszukiwał lepszego rozwiązania technicznego i rozmawiał ze specjalistami w zakresie próżni z Busch Vacuum Solutions.

Rozwiązanie próżniowe firmy Busch i korzyści zapewniane przez nie klientom

Firma Busch zaleciła zastosowanie kłowej pompy próżniowej MINK MV, która mogłaby zastąpić cztery istniejące wentylatory ssące.

Firma ASSTEC zdecydowała się na wdrożenie tego rozwiązania, a następnie zastąpiła cztery wentylatory ssące jedną kłową pompą próżniową MINK MV (il. 3) zapewniającą wystarczającą wydajność pompowania, aby pokryć wszystkie cztery sektory próżni – cały stół obróbczy. Ponadto zastosowany poziom próżni wynoszący 150 milibarów (wartość bezwzględna) jest znacznie wyższy niż poziom próżni wynoszący 800 milibarów (wartość bezwzględna) starych wentylatorów ssących (il. 4).

Kłowe pompy próżniowe MINK MV są niemal bezobsługowe. Co dwa lata należy wymieniać tylko olej w przekładni. Dzięki wysokiemu podciśnieniu można teraz bezpiecznie zaciskać nawet małe obrabiane elementy.

Fizyczna podstawa zaciskania próżniowego
Powodem zastosowania stołu próżniowego do zacisku jest oczywiście bezpieczne mocowanie płaskiego obrabianego elementu podczas procesu obróbki. Kolejną zaletą jest brak konieczności stosowania mechanicznych elementów zaciskających, co oznacza eliminację straty czasu na mocowania komponentów i śladów działania nacisku na obrabianym elemencie. Połączenie różnych czynników decyduje o tym, czy obrabiany element jest bezpiecznie utrzymywany. Pod względem fizycznym nie jest to właściwie próżnia, która utrzymuje obrabiane elementy, ale raczej ciśnienie atmosferyczne. System próżniowy po prostu zapewnia wystarczające podciśnienie po przeciwnej stronie, aby umożliwić pełne działanie ciśnienia atmosferycznego. Z technicznego punktu widzenia ciśnienie pomiędzy obrabianym elementem a stołem obróbczym lub jego wspornikiem jest redukowane podczas zaciskania.

Nacisk, powierzchnia, siła utrzymująca
W fizyce nacisk definiuje się jako siłę oddziałującą na określony obszar, w związku z czym jest funkcją siły i obszaru (il. 5). Poniższy przykład przedstawia sposób obliczania tej funkcji:

Panel HPL jest umieszczany na stole próżniowym frezarki CNC i gotowy do obróbki. Dzięki wymiarom 500 x 3000 milimetrów dokładnie odpowiada rozmiarowi jednego z kwadrantów. Pozostałe trzy kwadranty są oddzielone od systemu wytwarzania próżni zaworami odcinającymi.

Obliczanie siły mocującej za pomocą wentylatora ssącego (800 milibarów (bezwzgl.))



Oznacza to, że różnica ciśnień wynosząca 200 milibarów pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym a podciśnieniem wytwarzanym przez wentylator ssący prowadzi do siły mocującej 30 000 N. Dlatego panel HPL jest dociskany do stołu obróbczego ciężarem trzech ton.
Jeśli użytkownik chce zaciskać mniejszy panel HPL do obróbki, siła utrzymująca zmniejsza się zgodnie z tą samą formułą. W tym przypadku zakłada się, że wolna przestrzeń na stole próżniowym jest szczelna i zakryta materiałem panelu lub osłoną.
W przypadku zacisku panelu HPL o wymiarach 150 x 150 milimetrów siła utrzymująca wynosi tylko 450 N, co odpowiada ciężarowi 45 kilogramów dociskającemu panel do stołu obróbczego. W zależności od tego, co użytkownik robi z panelem, siła utrzymująca 450 N może być zbyt mała, aby zapewnić bezpieczne utrzymanie panelu.
Jeśli ten mały panel HPL zostanie teraz zaciśnięty na stole obróbczym w tych samych warunkach za pomocą kłowej pompy próżniowej MINK, siła utrzymująca jest ponad czterokrotnie większa. Przyczyną jest zwiększona różnica ciśnień pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym a podciśnieniem wytworzonym przez pompę próżniową, wynosząca 150 milibarów. Matematycznie rzecz biorą, siła wzrasta z 450 N w przypadku zaciskania za pomocą wentylatora ssącego do 1912 N w przypadku zaciskania za pomocą pompy próżniowej MINK. Ciężar działający na panel wzrasta z 45 do 191 kilogramów.

W rezultacie możemy stwierdzić, że im mniejszy jest panel HPL, tym wyższa musi być różnica ciśnień lub poziom próżni pompy próżniowej.
Obliczenia te mają zastosowanie tylko wtedy, gdy powierzchnie stołu próżniowego, które nie są osłonięte przez panel obrabiany w procesie, są szczelne dzięki zastosowaniu osłony. Jeśli tak nie jest, do systemu jest zasysane „powietrza z nieszczelności”. Jeśli pompa próżniowa jest wystarczająco duża i ma wystarczająco wysoką wydajność pompowania, osiągnie mimo to wymagany poziom próżni. Jeśli jednak pompy próżniowe są zbyt małe, istnieje ryzyko, że „powietrze z nieszczelności” zasysane do systemu będzie miało negatywny wpływ na poziom próżni, a tym samym na siłę utrzymującą.

Firma ASSTEC stosuje kłowe pompy próżniowe MINK od początku 2018 roku. Dyrektor zarządzający Marc Blessing podkreśla, że od tamtej pory nie napotkali żadnych problemów z zaciskaniem i że, pompa próżniowa zapewnia stale wysokie podciśnienie ku ich najwyższemu zadowoleniu.