Une introduction à la technologie du vide

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La technologie du vide est une partie irremplaçable d’un large éventail d’applications scientifiques et industrielles. Vous trouverez des systèmes de levage par le vide dans des domaines aussi divers que l’emballage, la lyophilisation, de nombreuses formes de fabrication et même les accélérateurs de particules. Cet article est un bref aperçu de la technologie du vide en général et, plus spécifiquement, de son application dans le levage par le vide.

Qu’est-ce qu’un système de levage par le vide?

Le mot vide est dérivé du latin pour «espace vide», mais dans le monde réel, cela n’existe pas. Même le vide de l’espace contient de petites quantités de matière et un vide parfait n’existe qu’en théorie. À toutes fins pratiques, un vide est l’état d’un volume d’espace avec une pression négative significative par rapport à l’atmosphère. Un vide artificiel est créé en retirant de la matière, normalement des molécules d’air, d’un espace limité.

Technologie du vide : qu’est-ce qu’un vide faible, moyen ou élevé?

Dans un système de vide, moins c’est plus. Puisqu’un vide est créé en minimisant la quantité de molécules d’air dans un environnement fermé, moins de molécules signifie un degré de vide plus élevé. Au fur et à mesure que l’air est éliminé, vous obtiendrez une quantité de pression négative par rapport à la proportion de molécules éliminées. Selon les exigences d’une application spécifique, les méthodes utilisées pour créer un vide varient beaucoup.

Mesurés en pression mbar, différents types de niveaux de vide sont répartis dans les plages suivantes:

  • Vide brut (ou faible) – Pression atmosphérique à 1 mbar. Utilisé dans de nombreuses applications, y compris la technologie de manutention industrielle. Dans cette plage, le niveau de vide est souvent appelé pourcentage, par ex. 80% de vide.
  • Vide moyen (ou fin) – 1 à 10 -3 (0,001) mbar. Utilisé par ex. lyophilisation des denrées alimentaires, dégazage de l’acier, fabrication d’ampoules.
  • Vide poussé (HV) – 10 -3 à 10 -8 mbar. Utilisé par ex. fabrication de tubes électroniques, fusion de métaux.
  • Vide ultra-poussé (UHV) – 10 -8 à 10 -11 mbar. Utilisé par ex. revêtement métallique, fusion par faisceau d’électrons.

Afin d’atteindre des plages de pression plus élevées, la complexité et le coût énergétique augmentent de façon exponentielle. Alors que la plupart des applications les plus courantes sont dans la gamme approximative, un certain nombre de procédés de fabrication et d’utilisations scientifiques nécessitent des gammes plus élevées. Toutes les plages au-delà de la plage approximative deviennent de plus en plus difficiles à mesurer.

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Technologie du vide : comment créer un vide

Le niveau de vide requis dans différentes applications industrielles varie beaucoup, et il en va de même pour l’équipement utilisé pour le générer. Cependant, une variété de pompes – dans certains cas fonctionnant en plusieurs étapes – sont toujours impliquées dans la création et la maintenance d’un système de vide. Quelques exemples de différents types de pompes à vide :

  • Cryopompes : les industries qui travaillent dans la gamme du vide ultra-poussé, comme la fabrication de films optiques ou de semi-conducteurs, utilisent des pompes cryogéniques qui «piègent» les molécules sur une surface extrêmement froide. Les cryopompes sont également fréquemment utilisées dans les domaines de la recherche scientifique tels que les accélérateurs de particules et les chambres de simulation spatiale.
  • Pompes à racines : dans la purification des métaux et différents types d’applications de revêtement, des pompes à racines à plusieurs étages peuvent être utilisées. Ces pompes compressent le gaz entre les lobes contrarotatifs pour atteindre les plages de vide moyen ou élevé.
  • Pompes à vis : lors de la lyophilisation de denrées alimentaires, les pompes à vis qui utilisent des vis à rotation asymétrique sont couramment utilisées pour accélérer la sublimation pendant le processus de séchage.
  • Pompes rotatives à palettes : Enfin, les pompes à palettes rotatives, qui utilisent des rotors pour comprimer et évacuer l’air en continu, sont les pompes à vide les plus courantes. Les pompes rotatives à palettes sont utilisées universellement dans les gammes de vide faible et moyen pour, parmi de nombreuses autres applications, la technologie de levage par le vide.

La mécanique du levage par le vide

La technologie de levage par le vide fonctionne dans la plage de vide approximative, qui peut être mesurée à l’aide de jauges mécaniques en millimètres ou pouces de mercure (mmHg ou inHg) et / ou kilopascal (kPa). Ces unités sont toujours négatives et indiquées par un moins (-) sur la jauge.

Le kilopascal est particulièrement utile comme approximation du pourcentage de vide. 50% de vide est d’environ -50 kPa par rapport à la pression atmosphérique. Plusieurs unités et échelles supplémentaires sont également utilisées dans les mesures de vide, mais l’échelle de pourcentage est la plus utile dans la plage approximative car elle est universellement compréhensible.

Composants du système de vide

Ventouses et tubes à vide

Une idée fausse courante à propos des ventouses / pieds est que l’intérieur de la ventouse saisit la charge et la tire vers le haut en raison du vide. En réalité, c’est la pression atmosphérique plus élevée à l’extérieur de la coupelle qui exerce une pression vers le bas, vers l’objet, qui produit l’effet de serrage.

Pour cette raison, la hauteur d’une ventouse n’a aucun effet sur le niveau de vide ou sa capacité de levage. Cependant, la quantité de surface qui entre en contact avec la charge importe. C’est pourquoi vous devez ajuster la surface de la ventouse pour qu’elle corresponde aux charges prévues. Bien qu’il soit possible de soulever des objets lourds avec une ventouse relativement petite, vous devez également tenir compte des forces de cisaillement lorsque les objets sont dynamiques et ajouter une marge de sécurité.

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Estimation de la force de maintien de la ventouse

Pour estimer la surface d’aspiration nécessaire pour maintenir une charge plate et non poreuse à l’aide d’un dispositif d’aspiration monté sur un palan tel que TAWI’s Sheet Gripper , voici une façon de calculer:

La force de maintien ou de levage est d’environ 1 kg par 1 cm2 à 100% de vide (2,2 livres par 0,155 pouce 2 ). Comme nous l’avons déjà établi, le vide à 100% n’existe pas, mais c’est un point de référence utile.

En utilisation réelle, vous pouvez faire fonctionner un ascenseur à 60% de vide. 60% de 1 kg équivaut à 0,6 kg, ce qui signifie que nous pouvons soulever 0,6 kg par 1 cm 2 de surface de ventouse (1,32 lb par 0,155 pouce 2 ). Divisez ensuite le résultat par un facteur de sécurité de 2, qui est généralement utilisé.

Exemple: une ventouse d’un diamètre de 300 mm (11,8 « ) (706 cm 2 ou 109,4 pouces 2 ) a une force de maintien de 212 kg (467 livres). ) à 60% de vide et un facteur de sécurité de 2.

 

Estimation de la capacité du tube de levage

Avec les élévateurs qui utilisent un palan séparé pour le levage et les pieds montés sur palonnier qui se fixent à la charge, une approximation simplifiée de la zone de contact des pieds ventouses est utile. La situation est différente lorsque la préhension et le levage sont effectués à l’aide de la technologie du vide, comme avec le TAWI Multifunction .

Dans un système de levage par le vide lié à un tube, le tube lui-même fonctionne à une pression négative comprise entre 0 et 60% en raison de la flexibilité du tube. Pour compenser cela, la force de maintien doit toujours être supérieure à la surface du tube de levage. Par conséquent, nous veillons toujours à ce que la surface de la ventouse soit au moins 2,5 fois plus grande que la surface du tube.

Le résultat est que vous êtes assuré de ne jamais laisser tomber la charge avant qu’elle ne soit abaissée au sol, et vous êtes capable de tenir 2,5 fois plus que ce que vous pouvez soulever. En d’autres termes, la zone de la ventouse, bien qu’elle soit toujours importante, est secondaire à la zone du tube de levage dans ce cas.

 

Personnalisation d’un système de levage par le vide

Outre les systèmes autonomes tels que le Préparateur de commande TAWI Mobile Order Picker  , les systèmes de levage par aspiration sont souvent largement personnalisés pour répondre aux exigences de chaque cas d’utilisation individuelle. Certains des facteurs qui déterminent le choix des composants sont:

  • Poids, forme et surface des pièces.
  • Distance de déplacement pour la manipulation
  • Exigences de rotation ou d’inclinaison.
  • Vitesse ou durée de cycle souhaitée.

Une grande variété de pieds / ventouses, palonniers, potences, ponts et rails peuvent être sélectionnés et combinés pour une application spécifique afin d’assurer un déploiement et une utilisation optimaux.

Par exemple, les boîtes peuvent être soulevées à l’aide d’un système de levage assisté par tube comme notre multifonction, avec une poignée et une ventouse de taille appropriée. Si les charges ont une surface poreuse ou inégale, comme c’est souvent le cas avec les sacs, une jupe en caoutchouc peut être ajoutée autour des ventouses pour maximiser la zone de contact tout en compensant les fuites d’air avec un débit plus élevé de la pompe à vide.

Les panneaux peuvent nécessiter des dispositifs personnalisés, des capacités de rotation et éventuellement un déplacement vertical, qui conviennent tous à notre pince à panneaux.

Bien que l’un de ces systèmes exécute la même fonction de base de levage et de manutention, la configuration et la sélection des composants seront assez différentes dans chaque cas d’utilisation.

Tuyaux, connecteurs et filtres

Pour compléter le système de vide, vous devez fixer des tuyaux adaptés pour le vide à l’aide de colliers de serrage, de bagues d’étanchéité et de raccords à vis. S’assurer que toutes ces pièces sont parfaitement ajustées et scellées est essentiel pour garantir un fonctionnement sûr de tout système sous pression. Ces composants doivent être adaptés au système individuel, avec un soin particulier en termes de tolérances et de durabilité.

Un ou plusieurs filtres sont également utilisés afin de protéger la pompe à vide de la poussière et d’autres contaminants qui pourraient raccourcir sa durée de vie ou introduire des défauts de fonctionnement.

Pompes à vide

Les pompes à vide utilisées dans les systèmes de levage à vide sont normalement des pompes à déplacement de gaz, également appelées pompes de transfert de gaz. Le principe de base d’une pompe volumétrique est d’aspirer l’air dans un volume en expansion via une soupape d’admission, de le comprimer en un volume plus petit, puis de renvoyer l’air comprimé dans l’atmosphère.

Le principe de fonctionnement de toutes les pompes à déplacement est le même, mais le type utilisé dans les systèmes de levage par le vide est généralement des pompes à palettes rotatives fonctionnant à sec (sans huile). Comme leur nom l’indique, ces pompes utilisent un rotor interne avec plusieurs aubes qui absorbent, compriment et évacuent l’air en continu.

Il y a plusieurs avantages à ce type de pompe. Il est de taille compacte, nécessite un entretien limité par rapport aux autres variétés, et il peut fonctionner à un taux d’aspiration constant.

Avantages des systèmes de levage par le vide

De nombreux aspects font que le levage par aspiration se démarque par rapport aux alternatives. Certains des avantages les plus importants sont :

Productivité accrue – La stature de l’opérateur n’est jamais un problème. N’importe qui peut être formé pour utiliser un système de levage par le vide ou une pince en toute sécurité et soulever des charges lourdes sans contrainte de force physique. Le résultat est des flux de travail nettement plus efficaces qui ne laissent pas les employés épuisés à la fin de leur journée.

Santé Ergonomie – Étant donné que très peu d’efforts sont requis pour le levage et la manutention, la fatigue physique est considérablement réduite ainsi que le risque de blessures liées au travail. En plus de maintenir le personnel en meilleure santé et plus heureux, cela devrait également entraîner une diminution du nombre de jours d’arrêt maladie, ce qui pourrait autrement nuire à la productivité.

Flexibilité de la main-d’œuvre – Comme tout le monde peut lever, les entreprises disposent d’une plus grande flexibilité en termes de recrutement et de rotation des employés. Les flux de travail efficaces nécessitent également moins de main-d’œuvre, ce qui permet de réduire le coût lié à la main-d’œuvre.

Empêche les dommages – Par rapport à divers types de levage mécanique, le levage par aspiration réduit généralement le risque de dommages aux matériaux, tels que des rayures ou des déformations.

Sécurité – Les systèmes de levage par le vide sont intrinsèquement sûrs pour plusieurs raisons. La première est que le levage ne peut pas du tout être lancé en cas de dysfonctionnement du système de vide. Et dans le cas de problèmes critiques tels qu’une panne de courant, des vannes de sécurité garantissent que la charge n’est pas lâchée de manière intempestive.

Si vous avez des questions supplémentaires sur le fonctionnement de nos systèmes de levage par le vide et sur la manière dont ils peuvent être adaptés à vos besoins et flux de travail spécifiques, n’hésitez pas à nous contacter pour un devis gratuit.

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TAWI Innovation Mike Lee

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