Tijdens het testen van een nieuw ontwikkelde verpakkingsmachine liep een machinebouwer tegen een onverwacht probleem aan. Op papier leek alles correct ontworpen. De geselecteerde vacuümpomp had voldoende capaciteit, de zuignappen waren ruim gedimensioneerd en de gewenste cyclustijd werd gehaald tijdens eerdere tests. Toch ontstonden er later regelmatig storingen. Producten werden niet altijd betrouwbaar opgepakt, het persluchtverbruik bleek hoger dan verwacht en de engineers hadden moeite om de oorzaak van problemen te achterhalen. De oorzaak lag niet bij één component, maar bij het ontwerp van het totale vacuümsysteem. Er was veel aandacht besteed aan afzonderlijke onderdelen, maar onvoldoende aan de samenhang tussen product, proces, vacuümopwekking en onderhoud. Dit voorbeeld laat zien waarom een goed vacuümsysteem veel verder gaat dan het selecteren van een vacuümpomp of een set zuignappen. Voor een betrouwbaar en efficiënt systeem moeten verschillende ontwerpkeuzes vanaf het begin zorgvuldig worden afgewogen. Hieronder bespreken we de belangrijkste aandachtspunten.
Begin bij het product en de applicatie
Een van de meest gemaakte fouten is direct denken in componenten. In de praktijk begint een goed ontwerp echter altijd bij het product dat verwerkt moet worden. Belangrijke vragen zijn:
• Welk materiaal wordt opgepakt?
• Is het oppervlak glad, ruw, poreus of vervormbaar?
• Hoe zwaar is het product?
• Waar bevindt zich het zwaartepunt?
• Hoe kritisch is een foutieve handling?
Een kartonnen doos stelt bijvoorbeeld heel andere eisen aan een vacuümsysteem dan een flexibele verpakking, een metalen plaat of een houten paneel. Ook de gewenste beweging speelt een belangrijke rol. Hoge versnellingen, korte cyclustijden en complexe robotbewegingen zorgen voor extra krachten op het vacuümsysteem. Wat bij een lage snelheid probleemloos functioneert, kan onder dynamische omstandigheden tekortschieten.
Vertaal de applicatie naar concrete ontwerpcriteria
Zodra de applicatie helder is, moeten de functionele eisen worden vertaald naar technische randvoorwaarden. Denk hierbij aan:
• Benodigde kracht om het product van te houden
• Gewenste vacuümniveau
• Vereiste vacuüm flow capaciteit
• Beschikbare inbouwruimte
• Toegestane lekkage
• Cyclustijd
In deze fase ontstaat vaak het verschil tussen een onderbouwd ontwerp en een systeem dat gebaseerd is op aannames. Een veelvoorkomende valkuil is het overdimensioneren van componenten. Hoewel dit op het eerste gezicht extra zekerheid lijkt te bieden, leidt dit regelmatig tot onnodig energieverbruik, hogere investeringskosten en minder efficiënte prestaties. Het doel is niet om het grootste systeem te ontwerpen, maar om een systeem te ontwerpen dat exact aansluit op de applicatie.
Kies de juiste systeemarchitectuur
De manier waarop een vacuümsysteem wordt opgebouwd heeft grote invloed op prestaties, onderhoud en energieverbruik. Een belangrijke keuze is de locatie van de vacuümopwekking. Bij centrale systemen wordt één vacuümbron gebruikt voor meerdere stations of machines. Dit kan interessant zijn wanneer meerdere verbruikers gelijktijdig moeten worden voorzien van vacuüm. Bij decentrale systemen bevindt de vacuümgenerator zich dicht bij het grijppunt. Hierdoor worden leidingverliezen beperkt en kan vaak sneller worden geschakeld.
Welke architectuur het meest geschikt is, hangt af van factoren zoals:
• Aantal grijppunten
• Afstanden binnen de machine
• Gewenste schakelsnelheid
• Onderhoudsstrategie
• Energieverbruik
Er bestaat geen universeel juiste oplossing. De applicatie bepaalt uiteindelijk welke architectuur de beste balans biedt.
Besteed aandacht aan energie-efficiëntie
Binnen moderne machinebouw wordt energieverbruik steeds belangrijker. Toch wordt dit aspect bij vacuümsystemen regelmatig onderschat. Een inefficiënt systeem kan jarenlang onnodig energie verbruiken zonder dat dit direct zichtbaar is. Aandachtspunten zijn onder andere:
• Correcte dimensionering van vacuümgeneratoren
• Minimaliseren van lekkages
• Beperken van leidingverliezen
• Gebruik van energiebesparende vacuümtechnologie
• Slim schakelen van vacuümfuncties
Vooral in applicaties met hoge cyclustijden kunnen relatief kleine optimalisaties een aanzienlijke besparing opleveren gedurende de levensduur van de machine.
Ontwerp voor onderhoud en diagnose
Een vacuümsysteem wordt vaak ontworpen met de focus op prestaties. Pas na ingebruikname blijkt hoe belangrijk onderhoudsvriendelijkheid is. Wanneer filters slecht bereikbaar zijn of sensoren onvoldoende informatie geven, wordt het oplossen van storingen onnodig complex. Een goed ontworpen systeem houdt daarom rekening met:
• Toegankelijke filters
• Eenvoudig vervangbare slijtdelen
• Duidelijke vacuümmetingen
• Slim geplaatste sensoren
• Logische routing van slangen en bekabeling
Voor servicetechnici en onderhoudsafdelingen kan dit een groot verschil maken in stilstandtijd en onderhoudskosten.
Denk na over afwijkende situaties
Een vacuümsysteem wordt meestal ontworpen voor normale bedrijfsomstandigheden. Juist afwijkende situaties bepalen echter vaak de betrouwbaarheid van het systeem. Denk bijvoorbeeld aan:
• Productvariaties
• Vervuiling
• Slijtage van zuignappen
• Vacuümverlies
• Storingen in de persluchtvoorziening
• Noodstops
Door deze scenario’s al tijdens de ontwerpfase mee te nemen, ontstaat een robuuster systeem dat minder gevoelig is voor onverwachte problemen in productie. Engineers die hier vooraf aandacht aan besteden, voorkomen vaak langdurige optimalisatietrajecten tijdens de inbedrijfstelling.
Controleer het ontwerp voordat de bouw start
Voordat een ontwerp definitief wordt vrijgegeven, is het verstandig om kritisch naar het complete systeem te kijken. Een korte controle kan veel problemen voorkomen:
• Zijn alle productvarianten meegenomen?
• Is voldoende veiligheidsmarge aanwezig?
• Past de vacuümcapaciteit bij de werkelijke situatie?
• Zijn onderhoud en service eenvoudig uitvoerbaar?
• Zijn foutscenario’s beschreven?
• Is de documentatie compleet?
In de praktijk blijkt dat een laatste technische review vaak waardevolle verbeterpunten oplevert die later veel tijd en kosten besparen.
De basis voor een betrouwbaar vacuümsysteem
Een goed vacuümsysteem ontstaat niet door losse componenten te combineren, maar door het complete proces als uitgangspunt te nemen. Door vanaf het begin aandacht te besteden aan producteigenschappen, systeemarchitectuur, energie-efficiëntie, onderhoud en betrouwbaarheid ontstaat een oplossing die niet alleen tijdens de testfase goed functioneert, maar ook jarenlang stabiel blijft presteren in productie. Wilt u advies over het ontwerpen van een vacuümsysteem voor uw specifieke applicatie? Neem dan contact op met één van de applicatiespecialisten van Pneutec. Met jarenlange praktijkervaring in vacuümtechniek denken wij graag mee over een betrouwbare, efficiënte en toekomstbestendige oplossing voor uw machine of automatiseringsproject.