Spara energi under vakuumgenerering för fastspänning av aluminiumplåtar

Produktion av precisionskomponenter av lättmetall för flygplan är ett av de arbetsområden som A&T Group verkar inom. Företaget bearbetar aluminiumplåt från 0,3 till 8 millimeter tjocklek och upp till sju meters längd.

Vid fräsning av metallplåt på två 5-axlade fräsmaskiner används vakuumsugkoppar till att hålla ner de förbockade plåtarna mot bearbetningsborden. Ett vakuumsystem från Busch Vacuum Solutions med tre R5 lamellvakuumpumpar genererar vakuum för båda fräsmaskinerna.

På grund av deras design och tryckberoende styrning av vakuumsystemet arbetar det extremt energieffektivt och säkerställer en tillförlitlig fasthållning av aluminiumplåtarna under konturfräsning.

Om A&T Group

A&T Group grundades 2007 och erbjuder olika produkter och tjänster genom sitt eget företagsnätverk. Utöver flygplanskomponenter av lättmetall serietillverkar A&T dekorativa profiler i olika geometrier för flygplansinredningar. A&T producerar även skräddarsydda konstruktionsprofiler i glas- och kolfiber för tillverkning av rotorblad för vindturbiner. Företaget är också aktivt inom logistiksektorn på ett flertal platser i Tyskland.

A&T tillverkning i företagets huvudanläggning i Nordenham specialiserar sig på bearbetning av aluminium för flygplanskonstruktion och tillverkar komplexa strukturkomponenter för civilflygsbranschen med högsta precisions- och kvalitetsstandarder.

Spännplåt av aluminium

Aluminiumplåt, aluminiumlegeringar eller titan används. Platta metallplåtar ytfräses på bearbetningsbord med 3-axliga fräsmaskiner. Varje maskin kan fräsa upp till 2,8 meter breda och 10 meter långa plåtar. Vakuum används för att hålla plåtarna. De hålls säkert och orubbligt på plats genom sugning via öppningar i bearbetningsborden. Vakuum genereras av två MINK kovakuumpumpar från Busch. Dessa torra (utan driftvätska) vakuumpumpar är tryck- och frekvensstyrda.

Det är exempelvis mer komplicerat att fräsa konturer i metallplåt som redan har rullats eller sträckts till en form som matchar radien hos en flygplanskropp. Eftersom de inte kan läggas helt plant på bearbetningsbordet används höjdjusterbara vakuumsugkoppar. Dessa fästs exakt på angiven position på bearbetningsbordet och justeras i höjdled mot den formade metallplåtsdelen.

Vår lösning

Busch vakuumsystem (fig. 2) ser till att exakt behålla den förinställda vakuumnivån. Denna vakuumnivå är programmerad på ett sådant sätt att det å ena sidan är tillräckligt högt för att hålla metallplåtarna säkert under fräsning, och å andra sidan inte inte är så högt att metallplåtarna plötsligt blir skeva eller bockas.

På var och en av de två fräsmaskinerna var tidigare en föråldrad lamellvakuumpump monterad som kördes kontinuerligt under hela drifttiden. I treskift och fem dagar per vecka förbrukade de två 7,5 kilowattsmotorerna omkring 85 000 kilowattimmar per år.

Detta gav produktionchefen Leenert Folkens anledning nog att sikta på en mer energieffektiv vakuumförsörjning. Med ledning av de goda erfarenheter man haft med vakuumpumpar från Busch på övriga fräsmaskiner rådfrågade han en vakuumexpert från Busch. Valet föll på ett vakuumsystem med tre R5 lamellvakuumpumpar.

Uppströms i detta system sitter en bufferttank med en volym på 1 000 liter. Detta innebär att båda fräsmaskinerna levereras med tryckberoende vakuum. Styrenheten är konstruerad så att den förinställda vakuumnivån hålls permanent i bufferttanken.

När systemet startas är det endast den första vakuumpumpen som börjar köra. Om denna vakuumpump inte har nått vakuumnivån efter 60 sekunder startar den andra vakuumpumpen. Om vakuumnivån fortfarande inte uppnåtts efter ytterligare 60 sekunder startar en tredje vakuumpump automatiskt.

Styrenheten arbetar så att sekvensen för vakuumpumparna ändras varannan dag. Detta säkerställer att alla tre vakuumpumpar har samma drifttider. Detta är viktigt, menar Leenert Folkens, eftersom det oftast är så att en vakuumpump arbetar, eftersom dess prestanda räcker för båda fräsmaskinerna. Två, eller till och med alla tre vakuumpumpar, används endast om båda fräsmaskinerna skulle råka startas samtidigt efter ett byte.

Med en styrenhet är det därför möjligt att anpassa vakuumsystemets prestanda efter det faktiska behovet. Var och en av de tre vakuumpumparna har en pumphastighet på 300 kubikmeter per timme. Den maximala pumphastigheten är därför 900 kubikmeter per timme.

I dagligt bruk kör en av de tre R5 lamellvakuumpumparna var 5,5 minut i cirka 30 sekunder. Detta är vanligtvis tillräckligt för att hålla den önskade vakuumnivån i vakuumkärlet eller för att säkerställa tillräckligt vakuum hos vakuumsugkopparna på båda fräsmaskinerna. Detta ger en körtid på cirka fem minuter per timme för varje vakuumpump. Om vi räknar in driftsättningen och den därmed förbundna längre drifttiden (istället för fem minuter antas en genomsnittlig tid på 10 minuter per timme), ger detta en årlig energiförbrukning på omkring 7 100 kilowattimmar. Jämfört med den tidigare elförbrukningen på 85 000 kilowattimmar motsvarar detta en årlig energibesparing på 77 900 kilowattimmar eller över 90 procent.

Fördelar med A&T Group

I sitt val av ett centralt vakuumsystem har Leenert Folkens uppfyllt sitt mål att spara energi till perfektion. Han har numera även en redundant vakuumförsörjning som ser till att fräsmaskinernas fastspänningsanordningar inte påverkas negativt om en vakuumpump slutar fungera. Underhåll av vakuumpumparna kan nu också utföras på fräsmaskinerna utan produktionsavbrott. Utöver den kolossala energibesparingen har han alltså dessutom hittat en extremt tillförlitlig driftlösning.