YHTEISTYÖARTIKKELI: Tuotanto-automaatiossa tuote tai sen osa on usein siirrettävä prosessin aikana paikasta toiseen. Esimerkiksi elektroniikan komponentit on otettava säiliöstä ja asetettava piirilevylle. Ja samanlaisia tilanteita on nykyaikaisessa tuotantoautomaatiossa koko ajan enemmän. Tässä advertionaali-artikkelissa esitellään saksalaisen Schmalzin tyhjiötarraintekniikoita ja -ratkaisuja. Artikkelin on tuottanut jälleenmyyjänä toimiva TME.

Perinteinen mekaaninen tarrain voidaan käyttää esineiden siirtämiseen paikasta toiseen, mutta se ei ole koninkaan universaali vaan joudutaan suunnittelemaan tiettyyn tehtävään ja prosessiin. Pelkästään on mitattava voima, jolla siirretty esine voidaan puristaa.

Luontaisen puristusvoiman jäljittely ei ole käytännössä kovinkaan helppoa, ja siksi monissa ratkaisuissa käytetäänkin yksinkertaisempaa menetelmää, jolla on monia etuja – esineen imeminen tyhjöllä. Sen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat myös skaalautuvuus ja helppokäyttöisyys.

Tyhjiömenetelmää käyttävä kone varustetaan sopivalla, räätälöidyllä kärjellä (tai sovittimella, jossa on kärkisarja), jonka läpi ilma imetään. Näiden imukuppien ”Imu” syntyy pumpun tuottamasta tyhjöstä, jonka säätelee venttiili, joka avautuu, kun imukuppi koskettaa esinettä. Imukupin takana oleva tyhjiö yrittää vetää esineen sen läpi, joka ei ole sen koon takia kuitenkaan mahdollista. Tässä tilanteessa esine käyttäytyy kuin korkki, joka pidetään paikoillaan tyhjiöllä.

Tyhjiöperusteista esineiden tartuntamenetelmää voidaan käyttää laajalti erilaisille tuotteille, koska voima, jolla esine pidetään, riippuu alipaineen arvosta ja pinta-alasta. Imun voimaa voidaan myös muuttaa.

Tekniikan avulla voidaan siirtää helpoiten kohteita, joiden pinta on suuri, litteä ja varmistaa kärjen hyvän tartunnan. Vaikeuksia syntyy, kun esineellä on monimutkainen muoto ja se on painava. Sitä varten on valittava oma imukuppi tai erikoispää, jossa on paljon imukuppeja.

Tyhjiömenetelmä on universaali ratkaisu, joka sopii moniin erilaisiin esineisiin riippumatta siitä, mistä materiaaleista ne on valmistettu. Tärkeää on myös, että ratkaisu ei muuta siirrettävien esineiden ominaisuuksiin, toisin kuin esimerkiksi magneettiset tarraimet, jotka voivat aiheuttaa metalliesineiden toissijaista magnetoitumista.

Tyhjiömenetelmän soveltaminen on myös helppoa, joten se ei aiheuta ongelmia koneen valmistajalle tai huoltopalveluille. Se on myös helposti skaalautuva eli toisin sanoen sitä voidaan käyttää pienten miniatyyristen esineiden, kuten kellon osien tai elektronisten SMD-pintaliitoskomponenttien, mutta myös suurien esineiden, kuten nauhalle taitettujen ajoneuvojen osien, ohutlevyjen, lautojen tai huonekalujen osien siirtämiseen.

Imukupit ja niiden valinta

Tyhjiötarraimessa imukuppi on yksi tärkeimmistä elementeistä ja samalla sen herkin ja haavoittuvin osanen. Sen tehtävänä on varmistaa riittävän tiukka kosketus esineen kanssa ja tukea esineitä tyhjöllä tapahtuvan manipuloinnin aikana.

Imukupin vaurioita tapahtuu yleensä, kun ne ovat suorassa kosketuksessa siirretyn esineen kanssa, joka voi olla liian karkea, kuuma, joskus se voi olla myös likaantunut joillakin valmistuksen aikana käytetyillä aineilla.

Oikean imukupin oikea valinta ja materiaalit, joista se valmistetaan, riippuvat automaatin häiriöttömästä ja häiriöttömästä käytöstä tuotantoprosessissa. Saksalainen Schmalzin asiantuntijat tietävät tämän ja yhtiö tarjoaa laajan valikoiman imukuppeja, jotka on valmistettu useista kestävistä materiaaleista ja jotka on suunniteltu vastaamaan eri tuotantoprofiilien vaatimuksia.

Suurin osa Schmalzin imukupeista on valmistettu erityisistä kumimaisista elastomeereistä. Ne on varustettu myös liittimillä, jotka mahdollistavat nopean vaihdon, mikä helpottaa huoltotoimia tai linjan muutoksia.

Imukupit voidaan jakaa niiden muodon tai siirrettävän materiaalin tyypin mukaan. Yksinkertaisesti sanottuna voidaan sanoa, että imukupin muodon määrää siirrettävän esineen muoto. Pyöreät imukupit ovat hyviä normaalimuotoisten esineiden käsittelemiseen tai rakentamaan sarjoja, jotka koostuvat monista imukupeista ja adapterista.

Soikeat imukupit ovat hyödyllisiä pitkien, kapeiden esineiden liikuttamiseen. Monissa imukupeissa on palje, jolla on kaksoisrooli. Se kompensoi ensinnäkin korkeuserot, joilla ne asetetaan esineeseen, mikä on tärkeää siirrettäessä eri korkuisia, eri tavoin suuntautuneita kohteita, joissa on kuperat tai koverat yksityiskohdat.

Palkeet ovat myös hyödyllisiä herkkien komponenttien liikuttamiseen, koska ne toimivat iskunvaimentimina automaatin (tai robotin) varren ja esineen välillä. Imukupin valmistusmateriaali tulee sovittaa myös materiaaliin, josta kohde-esine on valmistettu. Esimerkiksi herkkien esineiden kuljettamiseen tarkoitettujen imukuppien tulee olla pehmeitä kumimaisia elastomeerejä.

Puun tai ohutlevyn imukupit puolestaan tulee olla valmistettu kovemmasta materiaalista ja sovitettu usein toimimaan korkeissa lämpötiloissa. Vaikka imukupin pehmeä materiaali luo luonnollisesti tiukan liitoksen, kova materiaali vaatii, että kosketuspinta liikutettavan esineen kanssa tiivistetään, esimerkiksi kumimaisella elastomeerillä.

Imukuppimateriaalia valittaessa otetaan huomioon myös standardien vaatimukset – toisia käytetään metalliosia valmistavassa tehtaassa ja toisia lääketeollisuudessa tai elintarviketeollisuudessa. Schmalzin tarjonta sisältää imukupin kaikentyyppisille esineille, materiaaleille ja minkä tahansa teollisuudelle. Niitä voidaan käyttää pahvipakkausten, laukkujen, muovipakkausten ja rakkuloiden, kalvon, lasin, komposiittien jne. siirtämiseen.

Schmalzin ratkaisut täyttävät myös elintarvike- ja lääketeollisuuden ja muun teollisuuden kansainväliset standardit, ja imukuppien valmistukseen käytetyt materiaalit eivät jätä jälkiä siirrettäviin kohteisiin. Yrityksen jotkut imukuppimallit kestävät jopa 600°C:n lämpötilan. Lisäksi yritys tarjoaa lukuisia lisävarusteita, esimerkiksi karkeiden, sileiden ja kuvioitujen pintojen tiivistysprofiilit, laipat, suodattimet, tiivistealuslevyt ja tukielementit.

Asennuselementit tarpeen

Tyhjiötarraimen yksinkertaisimmassa vaihtoehdossa yksi imukuppi siirtää kevyen esineen, mutta laajemman imukuppisarjan avulla voidaan siirtää suuria, massiivisia esineitä tai useiden esineiden paketteja, kuten lääketabletteja tai keksejä läpipainopakkauksissa.

Esimerkiksi Schmalzin lisävarusteet on suunniteltu integroimaan imukupit tai erityiset tarraimet tyhjiöjärjestelmään. Ne ovat nivelliittimiä, monisuuntaisia liittimiä, jotka parantavat imukuppien ja esineen epätasaisen pinnan välistä kosketusta.

Lisäksi esimerkiksi jousikompensaattoreita on saatavana vähentämään korkeuseron vaikutusta. Niiden käytön lisävaikutus on esineiden varovainen nostaminen ja laskeminen. Yhtiöllä on myös laakereilla varustettujen tarraimien kiinnityssarjoja, jotka on suunniteltu kompensoimaan tartuntajärjestelmien korkeuserot ilman tukkeutumisriskiä.

Tarjolla on myös ripusteita, kuten FST-C, joita käytetään vääntyneiden tai taivutettujen esineiden siirtämiseksi ilman, että tapahtuisi kerrosten irtoamisen esimerkiksi huonekalulevyjen osalta tai riski vaurioitumiseen olisi normaalia isompi.

Ja kaikkia Schmalzin lisävarusteita on mahdotonta tässä luetella. Yrityksen valikoimissa on laaja joukko lisäkomponentteja, joita voidaan käyttää tarraimen rakentamiseen minkä tahansa esineen siirtämiseksi. Lisää neuvoja saa yhtiön ammattilaisilta.

Tyhjiögeneraattorit on ydinosa

Paraskaan tyhjiötarrain ei sovellu käytettäväksi ilman laadukkaan tyhjögeneraattorin tuottamaa tyhjiötä. Se on pneumaattinen kone, jossa on ejektori, pumppu tai puhallin. Sen etuna on lyhyt aika ilmansyötöstä tyhjiön aikaansaamiseen ja mahdollisuus integroida se tarttuvaan varteen pienten mittojen ja kevyen painon takia. Schmalzin ejektorit on varustettu myös älykkäällä ohjauksella, jotka varmistavat energiankulutuksen ja prosessin hallinnan.

Ejektorin käyttö vaatii paineilmalähdettä, jonka virtaus luo alipaineen. Tarjolla on myös erilaisia variantteja ejektoreita, jotka voidaan kytkeä sarjaan useiden tyhjölähteiden luomiseksi. Sähköiset tyhjiögeneraattorit toimivat pumpun tai puhaltimen perusteella.

Schmalzin ratkaisujen etuna on mahdollisuus integroida helposti robottivarteen tai muuhun tarraimeen ja sisäänrakennettu toiminto tyhjiöarvon säätämiseksi. Toisin kuin ejektori, pumpun mitat eivät yleensä salli suoraa integroitumista tarraimeen, mutta on olemassa ratkaisuja, jotka on suunniteltu helpottamaan robottivarsiin integroitumista. Useimmiten tämäntyyppisiä generaattoreita käytetään, kun paineilmalähteelle ei ole pääsyä tai kun vaaditaan korkeapaineinen tyhjiö.

Schmalzin ejektoreita onuon kokoja ja niissä äänenvaimennin on integroitu yksikön sisälle. Ne soveltuvat hyvin keskitettyihin tai hajautettuihin tyhjögeneraattorijärjestelmiin. Eri mallit voidaan kytkeä myös sarjaan – ne voidaan asentaa suoraan paineilman syöttöputkeen (putkeen). Joissakin on sisäänrakennetut venttiilit tulo- tai poistoaukossa, ja pidemmissä malleissa on paineanturi.

Lisävaihtoehtoihin sisältyy paineilman säästö, tehonsäätö ja tartuntaprosessi. Schmalzin tarjoamia lisävarusteita voidaan käyttää rakentamaan kompakteja liittimiä, joissa on jopa 16 ejektoria upotettuna yhteen lohkoon.

Schmalzin sähköiset tyhjiögeneraattorit eivät vaadi paineilman syöttöä. Niiden sisäänrakennetut älykkäät ohjaustoiminnot helpottavat generaattorin asianmukaista, taloudellista käyttöä sovelluksessa. Kotelon muoto tekee niistä sopivan ratkaisuihin, jotka on rakennettu käyttämällä robottivarsia tai paikallaan tapahtuvaa materiaalinsiirtoa käyttäen yhteistyörobotteja eli kobotteja.

Sähkögeneraattoreissa tyhjiö saadaan tyhjiöpumpun tai puhaltimen avulla. Ne tuottavat suuren alipaineen alhaisella virtauksella. Schmalz-yritys tarjoaa öljyvoidellut pumput kuivakäyttöön tai vesirenkaalla. Puhaltimet mahdollistavat suuren virtauksen suhteellisen alhaisella alipainearvolla.

Schmalzin ratkaisuihin sisältyy valinnainen toiminnallisuus, eli puhaltimen moottorin nopeuden ohjaus ja sähköpneumaattinen työntövoimanvaihtojärjestelmä. Pumppujen lisäksi yritys tarjoaa myös lisävarusteita, kuten tyhjiösäiliöt, tyhjiöohjausyksiköt (ne koostuvat pumpusta, säiliöstä, valvontalaitteesta ja ohjaimesta) ja tyhjiöyksiköt, jotka koostuvat ejektorista, säiliöstä, valvontalaitteesta ja ohjaimesta.

Asennusvalmiit tyhjiötarraimet

Saksalainen Schmalz suunnittelee erillisratkaisujen lisäksi avaimet käteen -järjestelmiä, jotka ovat valmiita kokoonpanoon robottivarsiin tai automaatteihin. Ne on tehty vastaamaan sovelluksen erityistarpeita. Näitä tarrainjärjestelmiä on melkein kaikilla teollisuudenaloille, mikä varmistaa tuotantoprosessien korkean tehokkuuden ja luotettavuuden.

Ratkaisuihin kuuluvat kerros- ja pintajärjestelmät sekä asennusvalmiit monitoimiset tarraimet, jotka sopivat parhaiten erilaisille automaatioalueille. Schmalzin tyhjiötarrainjärjestelmien luvataan lisäävän merkittävästi automaattisten tuotantoprosessorien tehokkuutta ja luotettavuutta.

Venttiilejä käytetään tyhjiön ja paineilman ohjaamiseen.

Venttiilien oikea valinta lisää tyhjiöjärjestelmien prosessien luotettavuutta ja tehokkuutta. Schmalz tarjoaa näitä elementtejä monen tyyppisinä, räätälöityinä erityistarpeisiin.

Schmalzin tuotevalikoimaansa kuuluvat magneettiventtiilit (joita ohjataan suoraan tai pneumaattisesti), takaiskuventtiilit ja virtauksenrajoittimet tyhjiöjohtojen sulkemiseksi, jotka johtavat imukuppeihin, jotka eivät ole kosketuksissa työelementtiin, säätöventtiilit, jousikompensoijat peitealueen mekaaniseksi tarkistamiseksi imukupilla, takaiskuventtiilit jousella paluujärjestelmä, jota käytetään suojaamaan järjestelmää tyhjiögeneraattorin vian sattuessa.

Listattujen (automaattisesti ohjattavien) lisäksi valmistajan tarjontaan sisältyy myös käsikäyttöisiä venttiilejä käytettäväksi manuaalisissa hisseissä tai hätäilman virtauksen ohjaamiseksi automaatiolaitteissa.

Liittimiet, anturit ja laitteet asennukseen

Laiteratkaisuissa tyhjiön jakamiseen käytetään erilaisia jakorasioita, letkuja, liittimiä ja liitoksia. Nämä ovat Schmalzin täydentäviä elementtejä, jotka ovat välttämättömiä jokaisessa tyhjiöpiirissä. Niitä käytetään paitsi levittämään alipainetta järjestelmässä, myös yhdistämään imukupit tyhjiögeneraattoreihin.

Tyhjiötarraimien käytössä voi olla myös ongelmia. Laite voi vetää tyhjiöjärjestelmän sisään esimerkiksi muruja materiaalista, rasvasta, nestepisaroista ja muista esineistä. Siksi suodattimet suojaavat putket ja venttiilit tarvitaan tällaiselta lialta ja siten tyhjiögeneraattorin vikaantumiselta.

Tyhjiöjärjestelmän toiminnan varmistamiseksi tarvitaan valvontalaitteita järjestelmän tilan ja tyhjiöarvon seuraamiseksi. Ne ovat erittäin tärkeitä järjestelmän toiminnalliselle turvallisuudelle sekä sen ongelmattomalle toiminnalle ja mahdollistavat mahdollisten vikojen varhaisen havaitsemisen.

Schmalzin tarjonnassa on esimerkiksi mekaaniset tyhjiökytkimet, analogiatulolla varustetut paineanturit (mittaus välillä -1 – 10 baria), näytöllä varustetut elektroniset paineanturit, joilla on PNP- ja NPN-digitaalilähdöt, tyhjiöohjaimet, paineenalennusventtiilit, varoituslaitteet ja sopivia lisävarusteita, kuten liittimet ja adapterit tyhjiökytkimiin.

Tehokkaan tyhjiöjärjestelmän rakentaminen vaatii järjestelmän rakentamiseen tarkoitettujen tuotteiden tuntemusta, mutta myös käyttökokemusta. Vaikka tyhjiötarraimen toimintaperiaatteen ymmärtäminen ei ole vaikeaa, niin käytännön toteuttaminen vaatii jo monitieteistä tietoa ja sopivia komponentteja.

Tyypillinen tyhjiötarrainjärjestelmä sisältää: imukupin tai niiden sarjan, joka muodostaa eräänlaisen rajapinnan järjestelmän ja siirrettävän esineen välille, kiinnityselementit, sopivan tyhjiögeneraattorin, joka syöttää imukuppeja, venttiileitä tai venttiilisarjoja, kytkimiä ja valvontaelementtejä turvallisen käytön takaamiseksi, sekä lisävarusteita, kuten letkut, liittimet, suodattimet, haaroituskappaleet ja muut. Kaikki tyhjiötarraimen komponentit löytyvät verkkokauppa TME:n tarjonnasta, joka toimii Schmalzin jälleenmyyjänä (LINKKI) ja tuotetiedot (LINKKI),

Teksti:  TME julkaisee tämän advertoriaali-artikkelin yhteistyössä Uusiteknologia.fi:n mediamyynnin kanssa.

Aloituskuva: Schmalzin tyhjiötarraimen rakennekomponentteja. HUOM! Kuvan tuotteet eivät ole oikeassa kokosuhteessa toisiinsa.

TAUSTAA: Schmalz

Yksi tärkeimmistä imutarrainten lisälaitteiden valmistajista on maailmanlaajuinen yritys Schmalz, jonka pääkonttori sijatsee Saksassa. Yhtiön pääkonttorissa Saksassa ja 19 tehtaassa noin 1500 työntekijää tuottaa komponentteja tyhjiötarraimiin, mukaan lukien komponentit käsikäyttöisiin nostureihin puun tai metallin kiinnittämiseen prosessin aikana.

Schmalz tarjoaa myös apua sopivien komponenttien valinnassa ja jopa valmiiden tyhjiöjärjestelmien toteuttamiseksi projekteia. Tuotteiden laatu ja yrityksen toimintatapa on vahvistettu lukuisilla sertifikaateilla. Nämä sisältävät: DIN ISO 9001 (laadunhallinta) vuodesta 1994, DIN ISO 14001 (ympäristöhallinta) vuodesta 1997, DIN ISO 50001 (energianhallinta) vuodesta 2012.