Elektrisch aangedreven: hoe vacuüm mobiel wordt

Productiemanagers staan voor een dubbele taak: ze willen dat hun fabrieken flexibel zijn en tegelijkertijd energie besparen. Om dit te kunnen uitvoeren, plannen ze modulaire productiecellen, vertrouwen ze op autonome mobiele robots (AMR's) en onderzoeken ze concepten voor gebieden met een laag persluchtverbruik. Tegelijkertijd hebben ze te maken met een gevestigde infrastructuur. Persluchtlijnen liggen vast door de hal. Voor elk nieuw grijpersysteem zijn aansluitingen nodig en elke wijziging in de lay-out veroorzaakt extra werk.

Vacuümtechniek speelt een centrale functie in deze omgeving. Het grijpt, houdt vast en verplaatst werkstukken in de productie van elektronica, logistiek en de automotive industrie. Traditioneel genereren ejektoren het vacuüm met perslucht. Deze technologie is goed ingeburgerd en vormt nog steeds de ruggengraat van veel grijpersystemen. Nieuwe productieconcepten vereisen echter aanvullende grijpersystemen.

Mobiele robotica in het bijzonder vereist flexibele oplossingen. AMR's en automatisch geleide voertuigen (AGV's) bewegen vrij door de fabriek. Ze kunnen geen stationaire verbindingen met media dragen. Collaboratieve robots (cobots) volgen ook een ander principe dan klassieke industriële robots. Ze zijn licht van gewicht, flexibel in gebruik en veranderen van werkplek. De sterke punten van externe perslucht liggen echter elders. Michael Pojtinger, hoofd bedrijfsontwikkeling vacuüm automatisering (componenten) bij Schmalz in Glatten, zegt het ronduit: "De fabriek wordt modulair, maar perslucht is gemaakt voor vaste installaties."

Dit is waar elektrische vacuümgeneratoren om de hoek komen kijken. Ze werken zonder centrale perslucht; een verbinding is alles wat nodig is. Een geïntegreerde elektromotor drijft een pomp of ventilator aan. Het systeem genereert het vereiste vacuüm direct op het gebruikspunt. De energie komt van het elektriciteitsnet of de voertuigaccu van de robot. Het vacuüm wordt direct bij de end-of-arm tooling (EOAT) gecreëerd. Hierdoor is het grijpsysteem een zelfvoorzienend systeem dat onafhankelijk functioneert van stationaire verbindingspunten.

Dit opent nieuwe mogelijkheden voor AMR en AGV applicaties. De robots bewegen door de productie zonder slangkoppelingen en hebben geen vaste toevoer van media nodig. Deze aanpak heeft ook gevolgen voor cobots. Omdat ze vaak in veranderende omgevingen werken, telt elke bespaarde interface. Elektrische vacuümgeneratoren hebben geen externe luchtbehandeling nodig, wat de integratie en in bedrijfname vereenvoudigt.

Steeds meer bedrijven stellen zich een fundamentele vraag: waar is perslucht niet meer absoluut noodzakelijk? In afzonderlijke productiegebieden, en in sommige gevallen zelfs in de hele fabriek, onderzoeken ze concepten die bewust zonder dit medium werken - om energie nog efficiënter te gebruiken, kosten te lbesparen en duurzaamheidsdoelstellingen te laten uitvoeren.

Elektrische vacuümgeneratoren spelen in dergelijke scenario's een sleutelrol. Ze genereren het vereiste vacuüm rechtstreeks op het gebruikspunt en hebben geen centrale persluchtinfrastructuur nodig. "Handling blijft krachtig en veilig, zelfs zonder pijpleiding", vat Michael Pojtinger samen. Er zijn ook voordelen voor de fabrieksplanning, omdat productiecellen gemakkelijk verplaatst kunnen worden zonder dat persluchtledingen opnieuw geïnstalleerd moeten worden. Elektriciteit is over het algemeen overal leverbaar. Dit vermindert de planningsinspanning en de stilstandtijd bij verbouwingen.

"Afhankelijk van de applicatie en de belasting besparen elektrische vacuümgeneratoren tot 95 procent energie in vergelijking met perslucht aangedreven ejektoren," benadrukt Michael Pojtinger. "De werkelijke besparingen zijn afhankelijk van de frequentie, het belastingsprofiel en de bedrijfstijd." De technische achtergrond: perslucht wordt centraal gegenereerd, verwerkt en gedistribueerd via buizen. Elk van deze stappen veroorzaakt verliezen. Elektrische systemen zetten elektriciteit efficiënt om in vacuüm, rechtstreeks op het gebruikspunt. Hierdoor kunnen gebruikers hun bedrijfskosten verlagen en tegelijkertijd de centrale infrastructuur ontlasten. Elektrische vacuümgeneratoren verminderen de CO₂-uitstoot en daarmee de koolstofvoetafdruk (PCF) van het product, op voorwaarde dat de elektriciteitsmix dit toelaat. 

Schmalz ontwikkelt elektrische vacuümgeneratoren als onderdeel van een modulaire systeemarchitectuur. Het portfolio varieert van compacte vacuümpompen voor cobots en end-of-arm applicaties tot krachtige elektrische pompen en vacuümventilatoren voor stationaire processen. Het bedrijf bestrijkt daarmee een groot aantal gebieden en biedt componenten voor de hele vacuümketen, van zuignappen tot sensortechnologie.

De elektrische vacuümgeneratoren registreren processtatussen en maken deze digitaal bschikbaar. Ze integreren in genetwerkte productieomgevingen via IO-Link. Gebruikers kunnen het proces bewaken en eenvoudig parameters aanpassen. "Het vacuüm component wordt een apparaat dat data levert. Dit vormt de basis voor conditiebewaking en op de toestand gebaseerd onderhoud", legt Michael Pojtinger uit.

Automatisering is gebaseerd op dynamische, genetwerkte en modulaire ontwerpen. Elektrische vacuümopwekking past in dit plaatje. Schmalz heeft hiervoor oplossingen op de markt gebracht en breidt zijn portfolio voortdurend uit in overeenstemming met de groeiende eisen. 

Infrastructuuronafhankelijke vacuümcomponenten vervangen bestaande pneumatische systemen niet over de hele linie. Ze breiden het spectrum uit. Waar perslucht een beperking wordt, openen ze nieuwe mate van vrijheden. "Productiemanagers kunnen deze optionele optie gebruiken om de automatisering consequent te richten op mobiliteit, flexibiliteit en digitale transparantie", legt Michael Pojtinger uit.

Bizerba, specialist in weegschalen en verpakkingssystemen, implementeerde een smart picking oplossing voor een Spaanse voedselverwerker met een puur elektrisch vacuümopwekkingssysteem direct op de robotarm. In deze applicatie picken twee cobots met Schmalz grijpers in folie verpakte vleesverpakkingen en plaatsen deze in transportkratten met een snelheid tot 96 picks per minuut. Het elektrische vacuüm wordt geleverd door de GCPi compacte vacuümpomp in combinatie met compacte elektrische ventielen. 

Deze decentrale oplossing, gemonteerd op de grijper, levert het vereiste vacuüm snel, efficiënt en zonder centrale persluchtbron. Het is net zo krachtig als pneumatische systemen, maar verbruikt aanzienlijk minder energie, waardoor de bedrijfskosten zakken. De digitale verbinding via IO-Link maakt ook bewaking van relevante procesparameters en vooruitgepland onderhoud mogelijk. Elektrische vacuümopwekking verhoogt de productiviteit, vermindert de personeelsbehoefte en verbetert de betrouwbaarheid van het proces van geautomatiseerd orderverzamelen bij de vleesverwerker aanzienlijk.