Energooszczędność w automatyce podciśnieniowej: pompa zamiast eżektora

„Celem nie jest zastąpienie pneumatycznych systemów eżektorowych do wytwarzania podciśnienia. Chcemy stworzyć alternatywne rozwiązania, które redukują zużycie energii i nadal działają przy braku bądź niedoborze sprężonego powietrza” – wyjaśnia dr Kurt Schmalz, menedżer firmy J. Schmalz GmbH. Możliwe scenariusze obejmują mobilne roboty lub komórki robotyczne w obszarze, który nie jest podłączony do układu sprężonego powietrza. Generatory podciśnienia pobierają jedynie niewielki procent energii w porównaniu z całą instalacją.

Rozwiązaniem są w pełni elektryczne generatory podciśnienia o tak kompaktowej budowie, że można je zamontować bezpośrednio na ramieniu robota. Elektryczne generatory podciśnienia to nic nowego: „Przez długi okres mieliśmy w ofercie pompy i dmuchawy elektryczne obsługiwane automatycznie lub ręcznie, gdy wymagane jest wysokie ciśnienie zasysania. Jednakże są one za duże lub za ciężkie do zawieszenia na ramieniu robota” – wyjaśnia dr Kurt Schmalz. Z tego powodu Schmalz poszerzył swoje portfolio elektrycznych generatorów podciśnienia o mniejsze i lżejsze warianty i wprowadził na rynek w 2016 r. pierwszą pompę typu cobot – ECBPi. To robot będący połączeniem elektrycznego generatora podciśnienia z interfejsem chwytaka mechanicznego. „Byliśmy pionierami w dziedzinie automatyki podciśnieniowej” – komentuje menedżer. Wyzwanie: Oprócz wytwarzania podciśnienia Schmalz musiał wdrożyć też funkcję bezpowietrznego przenoszenia w bardzo ograniczonych warunkach przestrzennych. Rozwiązanie na rzecz szybkiego przenoszenia elementów sprowadza się do określenia: wentylacja zamiast wydmuchiwania.

Nowa bardziej kompaktowa pompa cobotowa ECBPMi została skonstruowana do manewrowania małymi elementami o gładkiej powierzchni. „Lekkie końcówki ramienia są idealne do cobotów i lekkich robotów. Nie wymagają one sprężonego powietrza, tzn. mogą być stosowane w autonomicznych pojazdach transportowych” – mówi dr Kurt Schmalz, przedstawiając jedno z możliwych zastosowań. Jednakże odłączenie od sprężonego powietrza jest celowe nie tylko w przypadku małych lekkich robotów: Wraz z dążeniem do zrównoważonego rozwoju i wymogiem efektywności systemów wzrosło też zapotrzebowanie na automatykę podciśnieniową niezależną od sprężonego powietrza dla większych systemów.

Sprężone powietrze daje wiele korzyści: skomasowaną moc i niezawodne funkcje operacyjne w komponentach pneumatycznych. Dzięki temu mają niewielki rozmiar i są odporne oraz szybkie w działaniu. „Nasze eżektory podciśnieniowe prawie optymalnie przekształcają nadciśnienie w podciśnienie, a my możemy odpowiednio dopasować proces przenoszenia za pomocą funkcji oszczędnego zużycia powietrza – posiadamy wydajne i efektywne komponenty zapewniające oszczędność do 95 proc. Jednakże funkcji oszczędnego zużycia powietrza nie można stosować wszędzie” – dodaje ekspert.

„Aby zrezygnować w zakładzie ze sprężonego powietrza, producenci komponentów pneumatycznych i technologii muszą dostarczyć alternatywne rozwiązania korzystające całkowicie z energii elektrycznej. Dlatego realizujemy równoległą strategię” – wyjaśnia dr Kurt Schmalz. Zgodnie z tą strategią Schmalz zaprojektował teraz elektryczny generator podciśnienia GCPi: Jest większy niż pompa cobotowa i stanowi wariant nowych elektrycznych generatorów podciśnienia, które rozszerzają istniejące portfolio. Generator GCPi firmy Schmalz odchodzi od wcześniejszego standardu montowania generatora podciśnienia bezpośrednio na ramieniu robota. Zamiast tego użytkownik montuje wydajny model GCPi na podstawie robota z możliwością zasilania kilku przyssawek na chwytaku robota. Wyzwaniem jest tu ponownie czysto elektryczne odłączanie ładunku. Schmalz wyposażył też GCP w funkcję wentylacyjną. Jednakże zależnie od długości węża do przyssawki wyrównanie ciśnienia z atmosferą może być opóźnione. W takim przypadku funkcję wentylacyjną można również odłączyć od pompy. „Potrzebna jest tu zmiana perspektywy i sposobu myślenia w odniesieniu do nowej architektury systemu” – mówi dr Kurt Schmalz.

Mając to na uwadze, Schmalz skonstruował elektryczny zawór wentylacyjny LQE. „To prawdziwa innowacja. Umożliwia to nam dalsze centralne korzystanie z większych generatorów podciśnienia przy decentralnym wykonywaniu zadań operacyjnych w wysoce dynamiczny sposób – przy znacznie skróconym czasie odstawiania ładunków. Wykazano, że bezpośrednie odpowietrzanie atmosferyczne jest często szybsze niż przedmuchiwanie sprężonym powietrzem” – wyjaśnia dr Kurt Schmalz. Zawór wentylacyjny LQE oferuje więcej korzyści: Pozwala na zasilanie linii podciśnieniem. Po otwarciu zaworu podciśnienie na chwytaku spada natychmiast. „To inteligentny zawór, który potrafi też zwiększyć energooszczędność naszych kompaktowych eżektorów” – stwierdza menedżer. Przyczynia się to dodatkowo do efektywności przenoszenia ładunków bez użycia sprężonego powietrza.

„Stosowanie podciśnienia nie oznacza wcale, że sprężone powietrze jest wyłączone” – podkreśla dr Kurt Schmalz. Jeżeli dostępne jest połączenie, eżektor jest wytrzymałym, efektywnym i wydajnym sposobem wytwarzania podciśnienia do zautomatyzowanej pracy. Wszystkie zagadnienia związane z techniką podciśnieniową zdawały się być rozwiązane aż do pojawienia się kwestii zrównoważonego rozwoju. „Branża musi fundamentalnie zmienić podejście do sprężonego powietrza. Naszym zadaniem jest tworzenie alternatyw” – mówi pionier w dziedzinie techniki podciśnieniowej. Schmalz kroczy ścieżką elektryfikacji: elektryczny generator podciśnienia może być bardziej zrównoważony w perspektywie całościowego systemu. „Bez względu na to, czy z użyciem sprężonego powietrza, czy bez: oferujemy w naszym portfolio właściwe rozwiązanie dla każdego zastosowania” – podsumowuje dr Kurt Schmalz.