Vakuum-Saugnapf
Abbildung 1: Vakuum-Saugnäpfe
Ein Vakuumsauger ist ein Gerät, das in einem Vakuumsystem zum Greifen und Bewegen von Objekten für Pick-and-Place-Anwendungen verwendet wird. Diese Geräte arbeiten in Verbindung mit einem Vakuumerzeuger, um Gegenstände anzuheben. Sie bestehen in der Regel aus Silikon, Polyurethan (PUR), Chloropren (CR) oder Nitril (NBR) und sind in verschiedenen Größen und Ausführungen mit unterschiedlichen Haltefähigkeiten erhältlich.
Inhaltsübersicht
- Funktionsprinzip
- Arten von Vakuumsaugern
- Zusätzliche Komponenten
- Auswahlkriterium
- Berechnung des Saugnapfdurchmessers
- Anwendungen
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Funktionsprinzip
Vakuumsauger arbeiten als Greifer in manuellen oder automatischen Handhabungsanwendungen und arbeiten mit Differenzdruck. Er besteht aus zwei Teilen: dem Saugnapf und dem Verbindungselement. Der Saugnapf ist das Bauteil, das in direkten Kontakt mit dem Werkstück kommt. Da der auf den Sauger wirkende atmosphärische Druck größer wird als der Druck zwischen Sauger und Werkstück, wird der Vakuumsauger am Werkstück befestigt. Um diese Druckdifferenz zu erreichen, wird der Saugnapf am Vakuumerzeuger befestigt. Dieser Vakuumerzeuger hilft dabei, die Luft zwischen der Oberfläche des Saugers und dem Werkstück abzusaugen. Der Saugnapf, der mit der Oberfläche des Werkstücks in Berührung kommt, lässt keine Luft von den Seiten eindringen und hilft so, das Vakuum zu erzeugen.
Abbildung 2: Funktionsprinzip des Vakuumsaugers: Vakuumsauger (A), Werkstück (B), Haltekraft (C)
Da der Unterschied zwischen dem Druck im Inneren des Saugnapfes und dem atmosphärischen Druck zunimmt, erhöht sich auch die Haltekraft des Saugnapfes. Die Berechnung der Vakuumsaugerkraft kann mit der folgenden Formel durchgeführt werden:
Wo,
- F = Haltekraft
- ∆P = Differenz zwischen Atmosphärendruck und Druck im Inneren des Saugnapfes
- A = effektive Ansaugfläche
Die obige Formel zeigt auch, dass die Haltekraft proportional zur effektiven Saugfläche ist. Je größer die Saugfläche, desto größer die Haltekraft.
Arten von Vakuumsaugern
Je nach Art des Vakuumsaugers sind in der Regel die folgenden Arten von Vakuumsaugern erhältlich:
Vakuum-Flachsauger
Für Werkstücke mit einer flachen oder leicht gewölbten Oberfläche werden Flachsauger bevorzugt. Sie werden für den universellen Einsatz empfohlen und bieten aufgrund ihrer flachen Form eine gute Stabilität. Durch ihre flache Form eignen sie sich als Vakuumsauger für Glas, Metall und Kartonagen. Sie sind auch für die Handhabung schwerer Metallgegenstände geeignet.
Abbildung 3: Vakuum-Flachsauger
ovale Vakuumsauger
Sie werden bevorzugt zur Bearbeitung von schmalen und länglichen Flächen und Werkstücken (z.B. lange Bleche) eingesetzt. Sie können Faltenbälge oder flache Oberflächen haben und werden im Allgemeinen verwendet, wenn eine maximale Haltekraft erforderlich ist.
Abbildung 4: Ovaler Vakuumsauger
Faltenbalg-Vakuumsauger
Faltenbalgsauger werden bei Werkstücken mit unebenen Oberflächen oder unterschiedlichen Höhen eingesetzt. Diese Sauger eignen sich für die Handhabung zerbrechlicher Werkstücke wie elektronische Bauteile, Spritzgussteile usw. Die Saugnäpfe mit mehreren Faltenbälgen sind für die Handhabung von lebensmittelverpackten und eingeschweißten Produkten geeignet.
Abbildung 5: Faltenbalg-Vakuumsauger
Merkmal der Lippen
Die Lippeneigenschaft des Flachsaugers verhindert Leckagen und sorgt für eine zuverlässige Abdichtung auf glatten und leicht rauen Oberflächen. Sie sind auch mit doppelter Sicherheitslippe, ultradünner Lippe und robuster Lippe erhältlich. Die doppelte Sicherheitslippen-Vakuumfunktion verhindert eine Trennung im Falle einer Leckage durch die äußere Lippe.
Abbildung 6: Vakuumsauger mit Lippen
Merkmal "Unterstützende Rippen
Die Stützrippen für Flachsauger helfen, die Haltekraft und Stabilität der Sauger zu erhöhen.
Zusätzliche Komponenten
Die im Folgenden beschriebenen Komponenten sind für die Leistung von Vakuumsaugern von wesentlicher Bedeutung.
- Vakuumerzeuger Die Vakuumerzeuger unterstützen die Vakuumsauger, indem sie das erforderliche Vakuum erzeugen. Der Vakuumerzeuger arbeitet entweder elektrisch oder pneumatisch. Pneumatische Generatoren helfen dabei, kurze und schnelle Zykluszeiten zu erreichen. Diese Generatoren können aufgrund ihrer leichten und kompakten Bauweise direkt in die Anlage integriert werden. Elektrische Generatoren werden eingesetzt, wenn eine hohe Saugleistung erforderlich ist oder wenn keine Druckluft zur Verfügung steht.
- Pressluft Der Vakuumerzeuger verwendet Druckluft, um ein Vakuum zu erzeugen.
- Hoses: Die speziellen Vakuumschläuche werden zusammen mit den Vakuumsaugern verwendet, um die Größe der Sauger und den erforderlichen Volumenstrom anzupassen.
- Beschläge Armaturen wie Ejektoren, Schalldämpfer, Vakuumfilter und Vakuumregler werden in der Regel zusammen mit Vakuumsaugern eingesetzt, um deren Leistung zu verbessern.
- Ventile Ventile wie Kugelventile oder Magnetventile unterstützen die Vakuumsauger, indem sie das Vakuum und den Druckluftstrom steuern.
Auswahlkriterium
Die folgenden Auswahlkriterien sollten bei der Auswahl des Vakuumsaugers für Ihre Anwendung berücksichtigt werden.
- Haltekraft: Die Haltekraft des Vakuumsaugers sollte niemals die theoretische Haltekraft überschreiten. Die theoretische Haltekraft wird wie folgt berechnet: F = ∆P x A wie oben erwähnt.
- Sicherheitsfaktor: Je nach Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks muss der Sicherheitsfaktor der Haltekraft angepasst werden. Für glatte oder dichte Werkstückoberflächen muss ein Sicherheitsfaktor von 1,5 und für poröse, raue, heterogene oder geölte Oberflächen ein Sicherheitsfaktor von 2,0 oder mehr eingestellt werden.
- Material Die Vakuumsauger werden aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt. Zu den gängigen Materialien gehören Silikon, NBR, PUR und CR. Die Wahl des Materials hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Einige Materialien können für glatte oder unebene Oberflächen von Holz, Glas und Kunststoffen verwendet werden, andere für empfindliche Anwendungen wie Elektronik oder Verpackungen.
- Oberfläche: Je nach Oberfläche des Werkstücks ist ein bestimmter Typ von Vakuumsaugern und das Material der Sauger besser geeignet als andere. Ein Flachsauger ist für flache und leicht gewölbte Oberflächen geeignet, während Balgensauger für unebene Oberflächen geeignet sind.
-
Reibungskoeffizient: Der Reibungskoeffizient gibt Auskunft darüber, wie gut der Saugnapf die Oberfläche des Werkstücks greifen und abdichten kann. Sie zeigt das Verhältnis zwischen der Reibungskraft und der Normalkraft. Mehrere Hersteller verwenden die folgenden allgemein gültigen Werte für den Reibungskoeffizienten für verschiedene Arten von Werkstückoberflächen:
- Ölige Oberfläche = 0,1
- Feuchte oder nasse Oberfläche = 0,2 - 0,4
- Raue Oberfläche = 0,6
- Glas, Stein und trockener Kunststoff = 0,5
- Holz und Metall = 0,5
- Sandpaper = 1.1
- Die Oberfläche des Werkstücks, die Art und das Material des Saugers beeinflussen die Reibungseigenschaften. Daher ist es besser, diesen Reibungskoeffizienten durch umfangreiche Tests in der Betriebsumgebung zu ermitteln.
Durchmesser des Vakuumsaugers
Die Haltekraft ist direkt proportional zum effektiven Durchmesser des Saugnapfes. Um den Durchmesser zu bestimmen, müssen Sie wissen, wie das Werkstück angehoben werden soll. Wie Sie den Durchmesser bestimmen, erfahren Sie im nächsten Abschnitt:
Horizontaler Sauggreifer, der eine vertikale Kraft zum Anheben des Werkstücks ausübt:
Um die Haltekraft zu berechnen, verwenden Sie diese Formel:
Der entsprechende Durchmesser kann wie folgt berechnet werden:
Abbildung 7: Horizontaler Sauggreifer, der eine vertikale Kraft zum Anheben des Werkstücks ausübt
Wo,
- F: Haltekraft
- m: Gewicht des Werkstücks (kg)
- g: Beschleunigung durch die Schwerkraft
- a: Beschleunigung des Systems
- S: Sicherheitsfaktor
- d: Effektiver Durchmesser
- P0: Unterdruck (bar)
- n: Anzahl der Saugnäpfe
Bei horizontalem Sauggreifer wird das Werkstück horizontal (zur Seite) bewegt:
Um die Haltekraft zu berechnen, verwenden Sie diese Formel:
Der entsprechende Durchmesser kann wie folgt berechnet werden:
Abbildung 8: Horizontaler Sauggreifer, der das Werkstück horizontal bewegt
Wo,
- F: Haltekraft
- m: Gewicht des Werkstücks (kg)
- g: Beschleunigung durch die Schwerkraft
- a: Beschleunigung des Systems
- S: Sicherheitsfaktor
- µ: Reibungskoeffizient
- d: Effektiver Durchmesser
- P0: Unterdruck (bar)
- n: Anzahl der Saugnäpfe
Für vertikale Sauggreifer, die eine vertikale Kraft auf das Werkstück ausüben:
Um die Haltekraft zu berechnen, verwenden Sie diese Formel:
Der entsprechende Durchmesser kann wie folgt berechnet werden:
Abbildung 9: Vertikaler Sauggreifer, der eine vertikale Kraft auf das Werkstück ausübt
Wo,
- F: Haltekraft
- m: Gewicht des Werkstücks (kg)
- g: Beschleunigung durch die Schwerkraft
- a: Beschleunigung des Systems
- S: Sicherheitsfaktor
- µ: Reibungskoeffizient
- d: Effektiver Durchmesser
- P0: Unterdruck (bar)
- n: Anzahl der Saugnäpfe
Anwendungen
Die Vakuumsauger werden typischerweise in den folgenden Anwendungsbereichen eingesetzt:
- Wird in der Fertigungs- und Automobilindustrie als Vakuumsauger zum Heben von Blechen, Spritzgussteilen und Karosserieteilen verwendet.
- Als Hebesauger für Glasscheiben, Bodenfliesen, Windschutzscheiben für Autos, etc.
- Wird in der Verpackungsindustrie zur Handhabung von Kartons, Kunststofffolien usw. verwendet.
- Wird in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet.
Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Anwendungen von Vakuumkomponenten in unserem Artikel Vakuumkugelventile.