Aktuální vydání

celé číslo

02

2024

Amper 2024

celé číslo

Vakuum – médium budoucnosti

Automa 10/2000

Ota Fejfar,
zastoupení firmy PIAB

Vakuum – médium budoucnosti

První veřejnou prezentaci využití vakua uskutečnil již v roce 1654 německý fyzik Otto von Guericke (1602 – 1682). Jeho známé magdeburské polokoule, ve kterých bylo pomocí jedné z prvních vývěv vytvořeno vakuum, se neúspěšně snažilo odtrhnout osm párů koní. Pan Guericke při svých pokusech pravděpodobně netušil obrovské možnosti využití tohoto média za několik století. Právě na tomto principu, demonstrovaném již v 17. století, pracuje v současné době většina aplikací vakua v automatizační technice. Energie okolního tlaku vzduchu je zde využívána k vytvoření síly potřebné pro manipulaci s různými předměty nebo materiálem pomocí přísavek.

Obr. 1.

Pro vytvoření vakua je k dispozici několik způsobů, od vývěvy vynálezce Guericka, přes různé typy mechanických vývěv nebo jednostupňových ejektorů, až po aplikaci nejmodernějších vícestupňových ejektorů vyvinutých a vyráběných švédskou firmou PIAB. Princip těchto vakuových pump byl patentován již počátkem sedmdesátých let a od té doby je neustále zdokonalován. Základem je několik za sebou řazených trysek s různými charakteristikami, kterými proudí stlačený vzduch a strhává s sebou okolní vzduch v jednotlivých komorách, které jsou vybaveny uzavíracími klapkami. Tyto klapky se účinkem rostoucího podtlaku na vakuovém výstupu postupně uzavírají, takže po dosažení maximální úrovně vakua je v činnosti pouze tryska v první komoře. Energie stlačeného vzduchu je zde maximálně využita, a proto mají tyto ejektory v porovnání s jednostupňovými daleko větší účinnost. V praxi to znamená, že vícestupňový ejektor srovnatelného výkonu má oproti jednostupňovému výrazně nižší spotřebu stlačeného vzduchu.

Výroba vakua vícestupňovými ejektory PIAB má mnoho výhod také v porovnání s klasickými elektromechanickými vývěvami. Kromě nižších pořizovacích nákladů jsou to především minimální nároky na údržbu a velká provozní spolehlivost díky absenci pohyblivých dílů. Dále je to nízká hlučnost, žádné vibrace a zahřívání, kompaktní konstrukce a malé rozměry, které spolu s malou hmotností umožňují snadnou montáž vakuové pumpy co nejblíže místu potřeby vakua. Další předností je velmi rychlá reakce. Vakuum je v systému vytvářeno okamžitě po přivedení napájecího stlačeného vzduchu, který lze ovládat běžnými pneumatickými ventily. Při použití v agresivním prostředí je také důležitá velmi vysoká chemická odolnost těchto vakuových pump.

Výběr vakuové pumpy
Podle požadované úrovně vakua a potřebného množství nasávaného vzduchu lze vhodnou vakuovou pumpu vybrat ze čtyř základních typů L, M, X a H. Vakuové pumpy typu L nasávají velké množství vzduchu a dosahují nižší maximální úrovně vakua. Jsou určeny především pro manipulaci s porézními a prodyšnými materiály. Nejčastěji používané jsou pumpy typu M, které jsou schopny při velkém množství nasávaného vzduchu zároveň dosahovat vysokých úrovní vakua. Jsou proto mnohostranně využívány při manipulaci s různými materiály i v mnoha dalších aplikacích. Při potřebě vyšších úrovní vakua lze použít vakuové pumpy typu X, jejichž maximální vakuum dosahuje hodnoty –97 kPa. Pro velmi vysoké úrovně vakua je určen typ H. Tyto vakuové pumpy jsou schopny vytvořit až –100,8 kPa (5 mbar absolutního tlaku).

Obr. 1.

Uvedené čtyři základní typy vakuových pump jsou nabízeny v modelových řadách Chip, Minisystem, Miniflex, Classic, Sting, Midiflex, Round, Xed a Maxi, které se liší především výkonem a konstrukcí. Vhodnou vakuovou pumpu tak lze vybrat z velkého množství provedení s maximálními úrovněmi vakua od –75 do –100,8 kPa (263 až 5 mbar absolutního tlaku) a nasávaným množstvím vzduchu od 1,8 do 864 Nm3/h (0,5 až 240 Nl/s). U většiny modelů lze také zvolit různé varianty připojovacích závitů přívodu stlačeného vzduchu a vakua. Při požadavku vyšší chemické odolnosti jsou používány modely Classic a Round, vyrobené z vysoce odolného plastu PPS v kombinaci s těsněním a klapkovými ventily z nitrilu, EPDM nebo vitonu. Pro nejagresivnější prostředí a pracovní teploty –160 až 200 °C je určena vakuová pumpa Sting, která je kompletně vyrobena z teflonu a neobsahuje žádná těsnění.

Při výběru vakuové pumpy pro těsný systém lze vycházet z evakuačních časů udávaných výrobcem. Podle daného objemu vakuového obvodu a požadovaného času, za který má být v systému vytvořena potřebná úroveň vakua, je třeba provést příslušný výpočet a z něho odvodit výkon vakuové pumpy. Při návrhu netěsného systému, např. pro manipulaci s porézními a prodyšnými materiály, nelze ve většině případů plochu netěsností přesně určit. Pro správné řešení je třeba uskutečnit měření s vakuovou pumpou o známém výkonu a podle naměřených hodnot zvolit vhodný typ.

Vakuové pumpy PIAB nevyžadují téměř žádnou údržbu, lze je však pro případné čištění nebo výměnu těsnění a klapkových ventilů velmi jednoduše demontovat. Použití vhodného vakuového filtru pro odstranění nasávaných nečistot především v prašných provozech však snižuje riziko znečištění vakuové pumpy a tím i potřebu údržby na minimum. O spolehlivosti svědčí i pětiletá záruka poskytovaná výrobcem.

Úspora energie
Spotřebu energie vakuových pump lze výrazně snížit použitím systému PIAB pro úsporu stlačeného vzduchu. Vakuem ovládaný pneumatický ventil, integrovaný v zařízení zvaném Vacustat, automaticky udržuje spotřebu energie na minimální úrovni tím, že po dosažení nastavitelné úrovně vakua vypne přívod stlačeného vzduchu do pumpy. Pumpa je znovu zapnuta až při poklesu vakua vlivem netěsností v obvodu o hodnotu hystereze Vacustatu, a to pouze na dobu potřebnou pro opětovné dosažení nastavené hodnoty. Toto řešení je možné aplikovat pouze u relativně těsných systémů. Příkladem použití jsou např. manipulační rámy pro tabulové sklo nebo výroba vakua v uzavřeném zásobníku.

Obr. 3. Obr. 4. Obr. 5.

K řešení složitějších systémů s potřebou snímat úroveň vakua je k dispozici široký sortiment nastavitelných nebo pevně nastavených vakuových spínačů s elektromechanickým, polovodičovým nebo pneumatickým výstupem. Při požadavku na větší přesnost a možnost zobrazit aktuální úroveň vakua lze použít vakuové řídicí jednotky s několika nastavitelnými výstupy.

Manipulace pomocí přísavek
Vakuum je nejčastěji využíváno v automatizační technice pro manipulaci s materiálem. Firma PIAB nabízí velmi široký sortiment přísavek v průměrech od 2 do 300 mm, které mohou šetrně manipulovat s nejrůznějšími předměty o hmotnosti od několika gramů po stovky kilogramů. Povrch manipulovaných předmětů může být hladký, hrubý, rovný, oblý, hranatý nebo jinak zakřivený. Podle potřeby konkrétní aplikace a vlastností manipulovaného předmětu je třeba zvolit vhodný typ a materiál přísavek. Jejich průměr, popř. počet jsou závislé na hmotnosti předmětu a na úrovni vakua v obvodu. Při výpočtu je možné vycházet z přídržných sil udávaných výrobcem pro jednotlivé typy přísavek. Pro řešení nestandardních aplikací jsou v nabídce např. přísavky z termoplastického polyuretanu, které nezanechají žádnou stopu na manipulovaném předmětu, přísavky z vodivého silikonu pro manipulaci s díly citlivými na statickou elektřinu nebo přísavky pro vyšší pracovní teploty.

Obr. 6.

Vakuové dopravníky
Vakuové pumpy PIAB jsou také základem vakuových dopravníků pro přepravu nejrůznějších sypkých materiálů. Mohou to být plastové i jiné granuláty, různé práškové směsi, léčiva, cukr, mouka, sůl, kakao, dřevní i kovový odpad a množství dalších látek. Dopravníky jsou vyráběny v pěti základních modelech a mnoha provedeních s maximální přepravní kapacitou 9 t/h. Vlastní vakuový dopravník slouží jako přijímací stanice a pracuje v cyklech s jednou přepravní a jednou vyprazdňovací fází. Při přepravní fázi vytváří vakuová pumpa v prostoru dopravníku a přepravního vedení podtlak. Přepravovaný materiál je strháván proudem nasávaného vzduchu z odesílací stanice a shromažďován ve vnitřním prostoru dopravníku. Po uplynutí nastaveného času je vypnutím ukončena přepravní fáze. Dopravník je vyprázdněn otevřením klapky a zároveň je stlačeným vzduchem pročištěn filtr, který zabraňuje vniknutí prachu a nečistot z přepravovaného materiálu do vakuové pumpy. Mezi hlavní výhody tohoto způsobu přepravy patří bezprašnost, nízká spotřeba energie, minimální údržba, snadné čištění systému, malá hlučnost a plně pneumatický provoz i ovládání.

S rozšiřující se automatizací výroby neustále roste i podíl využití vakua. V tomto oboru může firma PIAB nabídnout výrobky a služby, které splňují náročné požadavky orientované především na kvalitu a zajištění servisu podle certifikace normou ISO 9001. Pro návrhy vakuových systémů a odborné poradenství při řešení nejrůznějších aplikací je zájemcům k dispozici zastoupení firmy PIAB na uvedených kontaktech.

OTA FEJFAR
Heřmanice 89
509 01 Nová Paka
tel. a fax: 0434/62 35 32
mobil: 0603/229 002
e-mail: fejfar@nova-paka.cz
http://www.piab.com