Trends in der Vakuumtechnik

Der Markt der Vakuumtechnik entwickelt sich nach Einschätzung von Dr. Kurt Schmalz, geschäftsführender Gesellschafter der Firma Schmalz in Glatten, positiv. Wesentliche Wachstumstreiber sind eine verstärkte Automatisierung in vielen Branchen sowie neue Einsatzfelder in den Segmenten Windkraft, Batteriehandling und Faserverbund.

Der Markt der Vakuum-Technik ist geprägt von zahlreichen Anbietern – von spezialisierten Kleinanbietern bis hin zu großen Konzernen aus der Pneumatikbranche – und sehr vielen Nachfragern vom Handwerk bis zum global agierenden Industrieunternehmen“, sagt Dr. Kurt Schmalz. Die Vakuum-Technik komme in nahezu allen Industrie- und Handwerkszweigen zum Einsatz. Die typischen Anwendungsgebiete variierten dabei stark von Branche zu Branche. „In den klassischen Bereichen für Vakuum-Technik wie Holz, Metall, Blech oder Kunststoff sehen wir eine verstärkte Automatisierung und damit auch eine steigende Nachfrage nach Vakuum-Handhabung“, schildert Dr. Schmalz. Wachstum gebe es aber auch in neuen Marktsegmenten wie den Bereichen Windkraft, Batteriehandling und Faserverbund.

Manuelles 3D-Spannen: Vakuum-Aufspannsystem „Basic Holding Fixture“ mit flexibel einstellbarer Saugeraufnahme Uni-Base.

Wichtige Branchentrends, die den Einsatz von Vakuum-Technik günstig beeinflussen, sind darüber hinaus das Wachstum in der Logistik, speziell im Online-Versandhandel, sowie eine zunehmende Humanisierung der Arbeit. „Vakuum-Hebegeräte werden zunehmend auch bei geringeren Lasten eingesetzt, um die Handhabung zu verbessern und gesundheitliche Schäden bei den Beschäftigten zu vermeiden“, sagt Dr. Schmalz. Zunehmend Einfluss auf die Produktgestaltung nehme das Thema Ressourceneffizienz mit dem Ziel, den CO2-Footprint (Fußabdruck) von Unternehmen und Produkten zu verbessern. Ein Beispiel hierfür sei die Entwicklung der neuen Kompaktejektoren SCPi/SMPi von Schmalz mit Luftsparfunktion für Greifer zur automatisierten Handhabung von Blechtafeln. Sobald ein sicherer Vakuumwert erreicht ist, wird die Vakuum-Erzeugung automatisch abgeschaltet. Fällt das Vakuum ab, wird erst bei Unterschreiten eines definierten Mindestvakuums die Erzeugung wieder aktiviert. Resultat: eine Einsparung von 730 Kilogramm CO2 pro Jahr und Greifer.

Greifen mit elektrostatischer Ladung

Dynamische Märkte erfordern nach Auffassung des Unternehmens ein starkes Engagement in Forschung und Entwicklung. „Mit 20 bis 25 angemeldeten Patenten, Gebrauchs- und Geschmacksmustern pro Jahr liegen wir beim Vielfachen des Durchschnitts der deutschen Industrie“, erklärt Dr. Schmalz. Als Beispiel für die Entwicklung neuer Greif- und Spanntechniken nennt er das Thema Greifen durch elektrostatische Ladung. Unterschiedlich geladene Elektroden erzeugen dabei ein elektrisches Feld, dessen Kraft für den Greifvorgang genutzt wird; ähnlich einem Luftballon, der durch seine statische Ladung an anderen Oberflächen haftet. Solche Elektrostatik-Greifer arbeiten mit diesem alternativen Greifprinzip für sensibles Handhaben von dünnen und leichten Werkstoffen wie CFK-Trockenmaterialien, Batteriefolien oder Wafern, ohne diese zu beschädigen.

Handhaben mit Elektrostatik: Das alternative Greifprinzip für dünne und leichte Materialien wie CFK-Textilien, Batteriefolien oder Wafer.

Bei automatisierten Handhabungsaufgaben sind die Prozessanforderungen in den vergangenen Jahren in allen Bereichen deutlich gestiegen. Ein gutes Beispiel ist hier die Automobilindustrie: Sicherheit, Schnelligkeit und Effizienz sind erforderlich, damit Produktionsprozesse reibungslos ablaufen. Die Anforderung an einen geringeren Energiebedarf in der Produktion steigt. „Sowohl das Produkt als auch der Prozess müssen dazu beitragen, die Produktionseffizienz zu steigern“, so Walter Dunkmann, Leiter Geschäftsentwicklung Vakuum-Komponenten bei Schmalz. Auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit in den Pressenanlagen hat deutlich zugenommen. Die Leistungsfähigkeit von Servopressen, bei denen Bauteile mittels Vakuum gehandhabt werden, liegt – abhängig von Pressentyp und Komplexität des Bauteils – aktuell bei bis zu 20 Hüben pro Minute, Tendenz steigend. Erforderlich ist deswegen auch eine bessere Performance von Sauggreifern.

Ein Beispiel für die nötige Produkteffizienz ist die speziell für die Prozessanforderungen in der Automobilindustrie entwickelte Vakuum-Sauggreifer-Baureihe SAXM. Sie verfügt über einen großen Hub, der die richtige Anpassung an komplex konturierte Werkstücke ermöglicht. Darüber hinaus bietet die Saugergeometrie sämtliche Vorteile, die eine hochdynamische Handhabung von Blechen ermöglicht: Minimale Ansaugzeiten, hohe Eigenstabilität im angesaugten Zustand und Aufnahme extremer Halte- und Querkräfte, speziell auf geölten Oberflächen.

Hintergrundwissen

Demografischer Wandel und Vakuumtechnik
Auch der demografische Wandel hat Auswirkungen auf die Arbeitswelt und damit auch auf den Markt der Vakuumtechnik. In einem Szenario des statistischen Bundesamtes beträgt der Anteil der über 60-jährigen im Jahr 2060 voraussichtlich knapp 40 Prozent, wodurch unter anderem das Renteneintrittsalter steigen würde. Jedoch gerade beim Heben und Tragen von Lasten besteht ein erhöhtes Gesundheitsrisiko. Ein Rechenbeispiel: Eine Mitarbeiterin im Versandbereich kommissioniert Pakete mit einem durchschnittlichen Gewicht von fünf Kilogramm. Bei 120 Warenbewegungen pro Stunde fällt an einem einzigen Arbeitstag eine Gesamtlast von 4,8 Tonnen an. Dieses Exempel verdeutlicht die Notwendigkeit für Hebehilfen schon bei kleineren Lasten.

Werden Türen, Kotflügel, Front- oder Heckschürzen aus der Presse entnommen, ist aufgrund von Störkanten oder Aussparungen nur eine begrenzte Platzierung der Sauggreifer auf dem Werkstück möglich. Hier bringt der SAXM doppelte Vorteile: Im Vergleich zu gängigen Flachsauggreifern hat der SAXM einen zweifach höheren Hub und passt sich dadurch deutlich besser an dreidimensionale Werkstückkonturen an. Zusätzlich lässt sich der SAXM – bedingt durch die sehr hohe Querkraftaufnahme bei vergleichsweise geringem Saugerdurchmesser – bei begrenzter Auflagefläche flexibler auf dem konturierten Blech positionieren, als herkömmliche Metallsauggreifer mit größeren Durchmesser.

Integrierte Prozesseffizienz: Der Vakuumerzeuger X-Pump mit Funktionen der Zustands- und Energieüberwachung sowie vorausschauenden Wartung.

Unter konzentriertem Ozoneinfluss, zum Beispiel beim Schweißen im Karosseriebau, können Sauggreifer mit der Zeit spröde werden. Kommen Sauggreifer mit aggressiven Ziehölen in Kontakt, wie sie beim Umformprozess in Pressen eingesetzt werden, können sie aufquellen. Beides kann zur Leckage im Vakuumsystem und damit zu steigenden Energiekosten führen – schlimmstenfalls sogar zu Systemausfall und Anlagenstillstand. „Neben einer optimierten Produkteffizienz steigen auch die Anforderungen, die Prozesse selbst wirkungsvoller zu gestalten, ungewollte Ausfallzeiten zu vermeiden und Wartungszeiten zur Instandhaltung zu reduzieren“, sagt Dunkmann. Eine hohe Prozesseffizienz realisiert Schmalz durch die Funktionsintegration von der Zustands- und Energieüberwachung sowie vorausschauenden Wartung in seine Kompaktejektoren-Baureihen. So auch in der neuen Vakuumerzeugern SXPi/SXMPi, mit denen sich der Energieverbrauch minimieren und gleichzeitig die Anlagenverfügbarkeit und Performance erhöhen lassen.

Mehr Saugkraft, mehr Leistung

Mit Blick auf höhere Flexibilität, mehr Leistung und Energieeffizienz entwickelte Schmalz auch ein neues Greifsystem. „Das neue Flächengreifsystem FMP/FXP ermöglicht die problemlose Handhabung von Werkstücken aus verschiedenen Materialien wie Holz, Blech, Glas, Karton oder Kunststoff, mit verschiedenartigen Geometrien, Oberflächen und Abmessungen. Sogar die Aufnahme kann an ungenauer Position erfolgen“, sagt Peter Gröning, Leiter Geschäftsentwicklung Vakuum-Greifsysteme bei Schmalz. Es sorgt für eine prozesssichere Handhabung, sowohl von porösen Werkstücken als auch mit Aussparungen. Das System eignet sich besonders für den Einsatz in der Holz- und Möbelbranche für die Handhabung von beschichtetem oder sägerauem Holz wie Bretter, Balken oder Platten. Die neue Generation FMP/FXP spielt ihre Stärken auch in Verpackungsprozessen aus und eignet sich zum automatisierten Palettieren und Depalettieren von Kartons, Beutel- und Folienverpackungen oder eingeschweißten Produkten.

Zur Verbesserung der Strömung hat Schmalz das Greifsystem mit einem speziellen Einschubelement und leckagefreien Strömungsventilen ausgestattet. Ein Vergleich mit Wettbewerbsprodukten verdeutlicht den Effekt: Der FMP erzeugt durchschnittlich 86 Prozent mehr Saugkraft auf sägerauen Werkstücken und 87 Prozent mehr Saugkraft auf Werkstücken mit glatter Oberfläche. „Für den Anwender bedeutet dies eine prozesssichere Handhabung von porösen Werkstücken, verbesserte Energieeffizienz und kosteneffiziente Systemdimensionierung“, schildert Gröning.

Komplexität in der Produktion steigt

Neue Technologien, Kundenanforderungen, geänderte wirtschaftliche und politische Rahmenbedingungen – die Gründe für zunehmende Komplexität in Produktionsprozessen sind vielfältig. Ein weiteres Beispiel aus dem Automobilbau: Um die Emissionsgrenzwerte der EU zu erreichen, setzen die Fahrzeughersteller verstärkt auf Leichtbau. Denn weniger Gewicht bedeutet mehr Effizienz. Neben der Verwendung von innovativen Werkstoffen wie Karbon und hochfestem Stahl werden die Bauteile immer dünner. Um den damit verbundenen Steifigkeitsverlust zu kompensieren, muss die Form der Bauteile verändert werden. Bei dieser konstruktiven Anpassung entstehen komplexe Konturen, die keiner geometrischen Standardform entsprechen. Diese sogenannten Freiformflächen sind entsprechend aufwendiger zu bearbeiten und stellen vor allem die Aufspanntechnik vor neue Herausforderungen. Bisher wurden in solchen Fällen werkstückgebundene Spannvorrichtungen eingesetzt, Passformen sozusagen. Bei jedem Werkstückwechsel musste also die komplette Vorrichtung getauscht und eine eigens hergestellte Schablone eingesetzt werden. Daraus resultieren lange Rüstzeiten und ein enormer Aufwand für die Konstruktion, Fertigung und Lagerung der Spannvorrichtungen. Diese Nachteile entfallen mit den neuen Vakuum-Aufspannsystemen von Schmalz.

Mit der Basic Holding Fixture hat Schmalz eine praktische Lösung für das Aufspannen komplexer Geometrien mittels Vakuum entwickelt. Basis der Spannvorrichtung ist die sogenannte Uni-Base, die als manuell einstellbare Aufnahme für verschiedene Saugeroberteile dient. Sie lässt sich in der Höhe sowie in der Neigung frei positionieren und mittels passender Klemmhebel fixieren. Dadurch sind nur wenige Handgriffe nötig, um die Uni-Base an das gewünschte Werkstück anzupassen. Im einfachsten Fall arbeitet der Anwender mit einem Sauger-Cup mit zweidimensionaler Werkstückauflage. Dieser steht in verschiedenen Abmessungen zur Verfügung und wird zudem optional mit einer integrierten Hubfunktion ausgestattet. Das gleicht kleinere Unebenheiten aus, ohne die Uni-Base neu einstellen zu müssen. Noch mehr Flexibilität verspricht der Sauger-Cup „Balance“: ein Saugeroberteil, bestehend aus einem Faltenbalgsauger und zusätzlichen federgelagerten Auflage-Pins. Die Uni-Base wird bei dieser Variante voreingestellt und anschließend das Werkstück positioniert. Dadurch werden die Auflage-Pins in Position gedrückt und pneumatisch fixiert. Wird nun das Betriebsvakuum aktiviert, wird das Werkstück gegen die Auflagefläche gedrückt und ausgesprochen verzugsarm fixiert.

Klein, leicht, schnell

Das universelle Vakuum-Flächengreifsystem FMP zum Einsatz für kraftvolle und effiziente Handhabung in automatisierten Prozessen.

Für dynamische Anwendungen bis 300 Kilogramm hat Schmalz den Vakuum-Schlauchheber Jumbo entwickelt. Dieser eignet sich für häufiges und schnelles Heben und Bewegen von Werkstücken wie Kartons, Säcke oder Fässer in der innerbetrieblichen Logistik sowie zum Be- und Entladen von CNC-Holzbearbeitungsmaschinen. Der Schlauchheber ermöglicht eine rückenfreundliche Haltung in jeder Arbeitshöhe und verfügt über intuitive Bedienkonzepte. Lasten bis 35 Kilogramm können mit dem „JumboFlex“ dank Einhandbedienung und zentralem Steuerungsknopf zielgenau dirigiert werden. Das Produkt eignet sich so zur Kommissionierung von Waren in der Lager- und Versandlogistik. Für größere Traglasten empfiehlt sich der „JumboErgo“ mit Drehgriff-Steuerung. Auch bei diesem Gerät kann der Anwender die Bewegung fein dosieren und Holzplatten oder sogar Solarmodule mit minimalem Kraftaufwand handhaben.

Über ein breites Anwendungsspektrum verfügen auch die leichtlaufenden Kransysteme für Lasten bis 950 Kilogramm. Sie weisen eine Reihe ergonomischer Vorteile auf und sorgen für ermüdungsarmes Arbeiten durch geringe Verschiebekräfte, besitzen gute Leichtlaufeigenschaften durch Hochleistungs-Kunststoffrollen und erlauben eine geeignete Anpassung an die Nenntraglast des Hebegeräts. Neben den gängigen Krananlagen und Schwenkkranen umfasst der Baukasten auch individuelle Lösungen.

Die zukünftigen Anforderungen an Ergonomie und Gesundheitsschutz sind für Schmalz das Top-Thema. „Unsere Entwicklungsschwerpunkte liegen unter anderem in der weiteren Optimierung des Aluminium-Kranbaukastens auf Leichtgängigkeit. Außerdem reagieren wir auf den Trend zur Nutzung von Hebehilfen bei kleinen Lasten. Hier erwarten wir in Zukunft eine Verschärfung der Gesetzgebung“, sagt Klaus-Dieter Schwabenthan. Darüber hinaus soll die Modularität der Produkte zur Realisierung kundenindividueller Lösungen ausgebaut werden. „Aber auch die Reduzierung der Eigengewichte unserer Geräte steht im Fokus“, erklärt er. Zudem plant der Vakuum-Spezialist die Fortsetzung der Zusammenarbeit mit Universitäten und Forschungsinstituten und wird die Erkenntnisse der neuesten Ergonomiestudien in seine Produkte einfließen lassen. jl

Autor: Katrin Günther, Schmalz