En introduksjon til vakuumteknologi

Hva er vakuum?

Ordet vakuum er avledet fra latin for "tomt rom", men i den virkelige verden er det ikke noe slikt. Selv rommets vakuum inneholder små mengder materie og et perfekt vakuum eksisterer bare i teorien. For alle praktiske formål er et vakuum tilstanden til et romvolum med betydelig undertrykk sammenlignet med atmosfæren. Et kunstig vakuum skapes ved å fjerne materie, vanligvis luftmolekyler, fra et begrenset rom.

Hva er et lavt, middels eller høyt vakuum?

I et vakuumsystem er mindre mer. Siden et vakuum skapes ved å minimere mengden luftmolekyler i et lukket miljø, betyr færre molekyler en høyere grad av vakuum. Når luft fjernes, vil du oppnå en mengde undertrykk i forhold til andelen molekyler som fjernes. Avhengig av kravene til en spesifikk applikasjon, varierer metodene som brukes for å lage et vakuum mye.

Målt i mbar trykk, er forskjellige typer vakuumnivåer delt inn i følgende områder:

• Grovt (eller lavt) vakuum – Atmosfærisk trykk til 1 mbar. Brukes i en rekke applikasjoner, inkludert industriell håndteringsteknologi. I dette området omtales ofte vakuumnivået som en prosentandel, f.eks. 80 % vakuum.
• Middels (eller fint) vakuum – 1 til 10-3 (0,001) mbar. Brukes i f.eks. frysetørking av matvarer, stålavgassing, lyspæreproduksjon.
• Høyvakuum (HV) – 10-3 til 10-8 mbar. Brukes i f.eks. elektronrørproduksjon, smelting av metaller.
• Ultrahøyt vakuum (UHV) – 10-8 til 10-11 mbar. Brukes i f.eks. metallbelegg, elektronstrålesmelting.

For å nå høyere trykkområder, øker kompleksiteten og energikostnaden eksponentielt. Mens mange av de vanligste bruksområdene er i det grove området, krever ganske mange produksjonsprosesser og vitenskapelig bruk de høyere områdene. Alle områder utenfor det grove området blir stadig vanskeligere å måle.

Hvordan lage et vakuum

Nivået av vakuum som kreves i ulike industrielle applikasjoner varierer mye, og det samme gjelder for utstyret som brukes til å generere det. Imidlertid er en rekke pumper – i noen tilfeller i flere stadier – alltid involvert i å skape og vedlikeholde et vakuumsystem. Noen få eksempler på forskjellige typer vakuumpumper:

• Kryopumper: Industrier som arbeider i ultrahøy vakuumområde, for eksempel produksjon av optisk film eller halvleder, bruker kryogene pumper som "fanger" molekyler på en ekstremt kald overflate. Kryopumper brukes også ofte i vitenskapelige forskningsområder som partikkelakseleratorer og romsimuleringskamre.
• Rotpumper: Ved metallrensing og forskjellige typer belegg kan flertrinns rotpumper brukes. Disse pumpene komprimerer gass mellom motroterende lober for å nå inn i mellom- eller høyvakuumområdet
• Skruepumper: Ved frysetørking av matvarer brukes vanligvis skruepumper som bruker asymmetrisk roterende skruer for å fremskynde sublimering under tørkeprosessen.
• Roterende vingepumper: Sist men ikke minst er roterende vingepumper, som bruker rotorer til kontinuerlig å komprimere og avtrekke luft - de vanligste vakuumpumpene. Roterende vingepumper brukes universelt i lav- og mellomvakuumområdet for, blant en rekke andre bruksområder, vakuumløfteteknologi.

Vakuumløftets mekanikk

Vakuumløfteteknologi opererer i grovvakuumområdet, som kan måles ved hjelp av mekaniske målere i millimeter eller tommer kvikksølv (mmHg eller inHg), og/eller kilopascal (kPa). Disse enhetene er alltid negative og merket med minus (-) på måleren.

Kilopascal er spesielt nyttig som en tilnærming av prosentandelen av vakuum. 50 % vakuum er omtrent -50 kPa i forhold til atmosfæretrykket. Flere tilleggsenheter og skalaer brukes også i vakuummålinger, men prosentskalaen er den mest nyttige i det grove området da den er universelt forståelig.

Komponenter i vakuumsystem

Vakuum-sugekopper og rør

En vanlig misforståelse om sugekopper/føtter er at innsiden av koppen griper lasten og trekker den oppover på grunn av vakuumet. I realiteten er det det høyere atmosfæriske trykket utenfor koppen som trykker nedover, mot objektet, som gir klemeffekten.

Av denne grunn har høyden på en vakuumkopp ingen som helst innvirkning på vakuumnivået eller løfteevnen. Men mengden overflateareal som kommer i kontakt med lasten har betydning. Dette er grunnen til at du må justere koppens overflate for å matche den tiltenkte belastningen. Selv om det kan være mulig å løfte tunge gjenstander med en relativt liten kopp, må du også ta hensyn til skjærkrefter når gjenstander flyttes og legge til en sikkerhetsmargin.

Anslå sugekoppens holdekraft

For å estimere sugearealet som trengs for å holde en flat, ikke-porøs last ved å bruke et løftemontert vakuumåk som TAWIs Plateløfter, er dette en måte å beregne:

Holde- eller løftekraften er omtrent 1 kg per 1 cm2 ved 100 % vakuum. Som vi allerede har slått fast, er det ikke noe slikt som et 100% vakuum, men det er et nyttig referansepunkt.

Ved faktisk bruk kan du bruke en løfter ved 60 % vakuum. 60 % av 1 kg er 0,6 kg, noe som betyr at vi kan løfte 0,6 kg per 1 cm2 sugekoppareal. Del deretter resultatet med en sikkerhetsfaktor på 2, som vanligvis brukes.

Eksempel: En sugekopp med 300 mm (11,8 tommer) diameter (706 cm2 eller 109,4 tommer) har en holdekraft på 212 kg, ved 60 % vakuum og en sikkerhetsfaktor på 2.

Anslå løfterørets kapasitet

Med løftere som bruker separat talje for løfting og åkmonterte sugeføtter som festes til lasten, er en forenklet tilnærming av sugeføttenes kontaktområde nyttig. Situasjonen er annerledes når både grep og løft utføres ved hjelp av vakuumteknologi, for eksempel med TAWI Multifunksjonelle løfter.

I et rørassistert vakuumløftesystem opererer selve røret med et undertrykk på hvor som helst mellom 0–60 % på grunn av rørets fleksibilitet. For å kompensere for dette må holdekraften alltid være større enn arealet til løfterøret. Derfor sørger vi alltid for at sugekoppområdet er minst 2,5 ganger større enn arealet til røret.

Resultatet er at du garantert aldri slipper lasten før den er senket til bakken, og du klarer å holde 2,5 ganger så mye som du klarer å løfte. Med andre ord er sugekoppområdet, selv om det fortsatt er viktig, sekundært til løfterørsområdet i dette tilfellet.

Tilpasse et vakuumsystem

Bortsett fra frittstående systemer som TAWI Mobile Ordreplukker, er vakuumløftesystemer ofte tilpasset i stor grad for å møte kravene til hver enkelt brukstilfelle. Noen av faktorene som bestemmer valget av komponenter er:

Vekt, form og overflate på arbeidsstykkene.
Avstand for håndteringen.
Krav til rotasjon eller tilting.
Ønsket hastighet eller syklustid.
Et bredt utvalg av sugeføtter/kopper, åk, kraner og skinner kan velges og kombineres for en spesifikk applikasjon for å sikre optimal utplassering og utnyttelse.

For eksempel kan solide esker løftes ved hjelp av en rørassistert løfter som vår multifunksjonsløfter, med et håndtak og sugekopp i passende størrelse. Hvis lastene har en porøs eller ujevn overflate, slik det er vanlig med poser, kan det legges til et gummiskjørt rundt sugekoppene for å maksimere kontaktområdet samtidig som det kompenserer for luftlekkasje med høyere strøm fra vakuumpumpen.

Ark kan kreve tilpassede åk, roterende evner og muligens vertikal skinnetransport, som alle passer godt til vår arkgriper.

Selv om noen av disse systemene utfører den samme grunnleggende funksjonen for løfting og håndtering, vil konfigurasjonen og komponentvalget være ganske forskjellig i hvert brukstilfelle.

Slanger, koblinger og filtre

For å komplettere vakuumsystemet må man feste slanger tilpasset vakuum ved hjelp av slangeklemmer, tetningsringer og skruforbindelser. Å sørge for at alle disse delene er perfekt montert og forseglet er avgjørende for å sikre sikker drift av ethvert trykksatt system. Disse komponentene må tilpasses det enkelte system, med spesiell forsiktighet når det gjelder toleranser og holdbarhet.

Ett eller flere filtre brukes også for å beskytte vakuumpumpen mot støv og andre forurensninger som kan forkorte levetiden eller forårsake driftsfeil.

Vakuumpumper

Vakuumpumper som brukes i vakuumløftesystemer er vanligvis gassfortrengningspumper, også kjent som gassoverføringspumper. Grunnprinsippet for en fortrengningspumpe er å trekke luft inn i et ekspanderende volum via en inntaksventil, komprimere den til et mindre volum og deretter støte den komprimerte luften tilbake til atmosfæren.

Driftsprinsippet for alle fortrengningspumper er det samme, men typen som brukes i vakuumløftesystemer er typisk tørrgående (oljefrie) roterende vingepumper. Som navnet tilsier, bruker disse pumpene en intern rotor med flere skovler som tar inn, komprimerer og trekker ut luften kontinuerlig.

Det er flere fordeler med denne pumpetypen. Den er kompakt i størrelse, krever begrenset vedlikehold sammenlignet med andre varianter, og den kan operere med konstant sugehastighet.

Fordeler med vakuumløftesystemer

Mange aspekter gjør at vakuumløft skiller seg ut sammenlignet med alternativene. Noen av de viktigste fordelene er:

• Økt produktivitet – Operatørens fysiske status er aldri et problem, alle kan læres opp til å bruke en vakuumløfter. Løft tunge laster trygt uten å miste energi. Resultatet er betydelig mer effektive arbeidsflyter som ikke gjør de ansatte utslitte
• Ergonomisk helse – Fordi det kreves svært liten innsats i løfting og håndtering, reduseres fysisk belastning betydelig sammen med risikoen for arbeidsplassrelaterte skader. Bortsett fra å holde personalet friskere og gladere, bør dette også føre til færre sykedager som ellers kan sette en knekk i produktiviteten.
• Fleksibilitet i arbeidsstyrke – Siden alle kan løfte, har bedrifter mye større fleksibilitet når det gjelder rekruttering og medarbeiderrotasjon. De effektive arbeidsflytene er også mindre arbeidskrevende, noe som gir mulighet for en mindre arbeidsstyrke.
• Forhindrer skade – Sammenlignet med ulike typer mekaniske løft, reduserer vakuumløft vanligvis risikoen for skade på materialer, som riper eller deformasjoner.
• Sikkerhet – Vakuumløftesystemer er iboende trygge av flere grunner. Den ene er at løfting ikke kan startes i det hele tatt dersom vakuumsystemet skulle feile. Og i tilfelle kritiske problemer som strømbrudd, vil feilsikre ventiler sørge for at lasten ikke slippes umiddelbart.

Hvis du har flere spørsmål om hvordan våre vakuumløftsystemer fungerer og på hvilke måter de kan skreddersys til dine spesifikke behov og arbeidsflyt, ikke nøl med å kontakte oss for en gratis konsultasjon.