Moc elektryczna: Jak podciśnienie staje się mobilne

Kierownicy produktów stoją przed podwójnym zadaniem: chcą, aby ich zakłady były elastyczne i jednocześnie oszczędzały energię. Aby to osiągnąć, planują modułowe komórki produkcyjne, polegają na autonomicznych robotach mobilnych (AMR) i badają koncepcje obszarów o niskim zużyciu sprężonego powietrza. Jednocześnie napotykają na istniejącą infrastrukturę. Linie sprężonego powietrza biegną na stałe przez halę. Każdy nowy system wymaga złączy, a każda zmiana układu powoduje dodatkowe prace.

Technika podciśnieniowa odgrywa centralną rolę w tym środowisku. Chwyta, przytrzymuje i przenosi przedmioty obrabiany w produkcji elektroniki, procesach logistyki i przemyśle motoryzacyjnym. Tradycyjnie, eżektory generują podciśnienie za pomocą sprężonego powietrza. Technologia ta ma ugruntowaną pozycję i stale stanowi podstawę wielu systemów. Nowe koncepcje produktów wymagają jednak dodatkowych systemów.

Zwłaszcza robotyka mobilna wymaga elastycznych rozwiązań. Roboty AMR i pojazdy sterowane automatycznie (AGV) poruszają się swobodnie po fabryce. Nie mogą przenosić stacjonarnych przyłączy mediów. Roboty współpracujące (coboty) również działają na innych zasadach niż klasyczne roboty przemysłowe. Są lekkie, elastyczne w użyciu i zmieniają swoje miejsce pracy. Mocne strony zewnętrznego sprężonego powietrza leżą jednak gdzie indziej. Michael Pojtinger, Head of Business Development Process Vacuum Automation (Components) w firmie Schmalz w Glatten, ujął to dosadnie: "Fabryka staje się modułowa, ale sprężone powietrze jest stworzone do stałych instalacji".

Tutaj z pomocą przychodzą elektryczne generatory podciśnienia. Działają one bez centralnego sprężonego powietrza; wystarczy jedynie przyłącze sprężonego powietrza. Zintegrowany silnik elektryczny napędza pompę lub dmuchawę. System generuje wymóg podciśnienia bezpośrednio w miejscu użytkowania. Moc pochodzi z sieci energetycznej lub akumulatora pojazdu robota. Podciśnienie jest wytwarzane bezpośrednio przy oprzyrządowaniu końca ramienia (EOAT). Dzięki temu system chwytakowy jest samowystarczalnym systemem, który działa niezależnie od stacjonarnych punktów przyłączeniowych.

Otwiera to nowe możliwości dla aplikacji AMR i AGV. Roboty poruszają się po produkcie bez połączeń z wężem i nie wymagają stałego zasilania w media. Takie podejście ma również wpływ na coboty. Ponieważ często pracują one w zmiennym środowisku, liczy się każdy zaoszczędzony interfejs. Elektryczne generatory podciśnienia nie wymagają zewnętrznego uzdatniania powietrza, co upraszcza integrację i początek działania.

Coraz więcej firm zadaje sobie fundamentalne pytanie: Gdzie sprężone powietrze nie jest już absolutnie niezbędne? W poszczególnych obszarach produktu, a w niektórych przypadkach nawet w całym zakładzie, badają koncepcje, które celowo obywają się bez tego medium - w celu jeszcze bardziej efektywnego wykorzystania energii, obniżenia kosztów i osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju.

Kluczową rolę w takich sytuacjach odgrywają elektryczne generatory podciśnienia. Generują one wymagane podciśnienie bezpośrednio w miejscu użytkowania i nie wymagają centralnej infrastruktury sprężonego powietrza. "Obsługa pozostaje mocna i bezpieczna, nawet bez sieci rur" - podsumowuje Michael Pojtinger. Są też korzyści dla planowania fabryki, ponieważ komórki produkcyjne można łatwo przenosić bez konieczności ponownego instalowania rur sprężonego powietrza. Energia elektryczna jest ogólnie dostępna w całym zakładzie. Zmniejsza to wysiłek związany z planowaniem i przestoje podczas konwersji.

"W zależności od aplikacji i obciążenia, elektryczne generatory podciśnienia pozwalają zaoszczędzić do 95% energii w porównaniu z eżektorami zasilanymi sprężonym powietrzem" - podkreśla Michael Pojtinger. "Rzeczywiste oszczędności zależą od częstotliwości cyklu, profilu obciążenia i czasu cyklu". Podstawy techniczne: Sprężone powietrze jest generowane centralnie, poddawane procesowi i rozprowadzane rurami. Każdy z tych etapów powoduje straty. Systemy elektryczne efektywnie przekształcają energię elektryczną w podciśnienie bezpośrednio w punkcie użytkowania. Pozwala to użytkownikom obniżyć koszty operacyjne, jednocześnie odciążając centralną infrastrukturę. Elektryczne generatory podciśnienia zmniejszają emisję CO₂, a tym samym ślad węglowy produktu (PCF), pod warunkiem, że pozwala na to koszyk energii elektrycznej.

Firma Schmalz opracowuje elektryczne generatory podciśnienia stanowiące część modułowej architektury systemów. Oferta obejmuje zarówno kompaktowe pompy podciśnieniowe do cobotów i aplikacji na końcu ramienia, jak i wysokowydajne pompy elektryczne i dmuchawy podciśnieniowe do procesów stacjonarnych. W ten sposób firma pokrywa szeroki zakres obszarów wydajności i oferuje części składowe dla całego łańcucha podciśnieniowego, od przyssawek po technikę podciśnieniową.

Elektryczne generatory podciśnienia rejestrują stany procesów i udostępniają je cyfrowo. Integrują się z sieciowymi środowiskami produktów za pośrednictwem IO-Link. Użytkownicy mogą monitorować proces i łatwo dokonywać adaptacji parametrów. "Komponenty podciśnieniowe stają się urządzeniami terenowymi dostarczającymi dane. Tworzy to podstawę do kontroli stanu i konserwacji opartej na stanie" - wyjaśnia Michael Pojtinger.

Automatyzacja opiera się na dynamicznych, sieciowych i modułowych konstrukcjach. Elektryczne generowanie podciśnienia wpisuje się w ten obraz. Firma Schmalz wprowadziła na rynek odpowiednie rozwiązania i stale rozwija swoje portfolio zgodnie z rosnącymi wymogami.

Niezależne od infrastruktury komponenty podciśnieniowe nie zastępują istniejących systemów pneumatycznych. Rozszerzają ich spektrum. Tam, gdzie sprężone powietrze staje się ograniczeniem, otwierają nowe stopnie swobody. "Kierownicy produktów mogą skorzystać z tej dodatkowej opcji, aby konsekwentnie ukierunkować automatyzację na mobilność, elastyczność i cyfrową przejrzystość" - wyjaśnia Michael Pojtinger.

Bizerba, specjalista od wag i systemów opakowań, wdrożyła inteligentne rozwiązanie kompletacyjne dla hiszpańskiego przetwórcy żywności z czysto elektrycznym generowaniem podciśnienia bezpośrednio na ramieniu robota. W tej aplikacji dwa coboty z chwytakami Schmalz pobierają owinięte folią opakowania z mięsem i umieszczają je w skrzyniach transportowych z prędkością do 96 pobrań na minutę. Elektryczne zasilanie podciśnieniem zapewnia kompaktowa pompa podciśnieniowa GCPi w połączeniu z kompaktowymi zaworami elektrycznymi.

To zdecentralizowane rozwiązanie, montowane na chwytaku, dostarcza wymóg podciśnienia szybko, efektywnie i bez centralnego źródła sprężonego powietrza. Jest tak samo wydajne jak systemy pneumatyczne, ale zużywa znacznie mniej energii, obniżając w ten sposób koszty operacyjne. Cyfrowe przyłącze poprzez IO-Link umożliwia również monitorowanie istotnych parametrów procesu i konserwację zapobiegawczą. Elektryczne generowanie podciśnienia zwiększa produktywność, zmniejsza wymagania dotyczące personelu i znacznie poprawia niezawodność procesu zautomatyzowanej kompletacji zamówień w zakładzie przetwórstwa mięsnego.