Vakuum bedeutet theoretisch: Es befindet sich absolut nichts, nicht einmal der winzigste Gaspartikel darin. Das Prinzip kommt in industriellen Anwendungen zum Einsatz, von der sanften Fixierung von Werkstücken bis zur perfekten Umgebung für die Beschichtung metallischer Bauteile.
Innovative Technologien für neue Prozesse: Vakuum hält die Metallteile bei der Herstellung von Hybrid-Komponenten fest im Griff. (Bild: SMC)
Die Kraft des Vakuums wird jedes Mal sichtbar, wenn man einen Saugnapf verwendet, etwa um ein Navigationsgerät an der Frontscheibe zu befestigen. Die dazugehörige, einfache Theorie wurde bereits im 17. Jahrhundert von Otto von Guericke aufgestellt: Besteht zwischen zwei Körpern ein absolutes Vakuum, halten sie zusammen. Damit aber nicht genug: Chemische Reaktionen können zudem im reinen, luftleeren Raum ohne den Einfluss von Fremdpartikeln optimal verlaufen.
Das Vakuum spielt auch bei neuen Herstellungstechniken eine Schlüsselrolle. So etwa bei der Entwicklung eines neuen Produktionsverfahrens für Leichtbaukomponenten aus Metall und faserverstärkten Kunststoffen. Die fertigen hybriden Bauteile sind deutlich leichter und enorm robust gegenüber Biegebelastungen. Besonders die Automobilindustrie ist an diesen Leichtbaukonzepten interessiert, um die Effizienz ihrer Fahrzeuge nachhaltig und ohne Kompromisse bei der strukturellen Integrität zu steigern.
Um die hybriden Bauteile herzustellen, müssen die Metall- und Kunststoffkomponenten miteinander verpresst werden. Das neue Verfahren benötigt dafür nur noch einen Schritt, in dem der geschmolzene Kunststoff in einer Form mit den Metallteilen zusammengebracht wird. Diese müssen während des kompletten Prozesses sicher in Position gehalten werden, um eine optimale Struktur des fertigen Produkts zu gewährleisten. Dafür wird ein Vakuum-System verwendet, dass die Metallstücke mit einem Unterdruck von -0,8 bar am Rand der Form hält. Dieser Unterdruck wird von Mehrstufen-Vakuumerzeugern der Serie ZL112A geschaffen. „So können die Metallstücke in Position gehalten werden, ohne die Form und Struktur der fertigen Hybridkomponenten etwa durch Spanner zu beeinflussen“, sagt Dominik Lewin, Sales Manager Electronic bei SMC. „Das von den Vakuumerzeugern hergestellte Vakuum sorgt für den sicheren Griff. Es wirkt durch mehrere Luftröhren, die durch die Form gebohrt wurden.“
Nicht nur innovative Produktionsverfahren profitieren vom Vakuum: Auch viele bestehende Anwendungen brauchen ein festes und besonders sensibles Händchen. Wenn es etwa darum geht, Papierprodukte in der Fertigung zu transportieren, dürfen diese nicht verknittern. „Normale automatische Greifer sind nicht sanft genug, um etwa Papierbahnen im Ganzen aufzunehmen, ohne diese zu verknittern oder zu zerreißen“, betont Dominik Lewin. „Sie eignen sich nicht für diese Anwendungen.“ In der Nahrungsmittelindustrie kommen zudem oft dünne Folien als Verpackungsmaterial zum Einsatz. Sie reißen schnell, wenn sie zu hart angefasst werden. Mit gutem Grund, schließlich sollen die Verbraucher auch ohne Werkzeug an ihre Kartoffelchips gelangen. Zugleich sollen aus dieser Tüte aber auch nicht nur Krümel kommen. Für Hersteller ergibt sich hier die Herausforderung: Wie können gefüllte Tüten und andere Produkte sicher und schnell innerhalb der Produktionsstraße transportiert werden, ohne dass die Verpackung und ihr Inhalt dabei zerstört werden?
Sanftes Handling ist auch in der Automobilindustrie gefragt, wenn etwa Glasscheiben eingesetzt oder fertig lackierte Karosserieteile mit unregelmäßiger Geometrie sicher transportiert werden sollen. Die Lösung für all diese Anwendungen ist: Vakuum. Moderne Vakuumerzeuger wie die Serie ZK2-A von SMC sind kompakt genug, um nah und damit energieeffizient an der Handlingstation zu sitzen. Sie sorgen mit ihrer verbesserten Evakuierungszeit für schnellere Taktzeiten in der Produktion.
Dominik Lewin: „Dabei macht der passende Vakuumsauger den Unterschied.“ Hochsensible elektrische Bauteile etwa benötigen ein feineres Händchen und einen Sauger aus halbleitendem Material. Für dünne Folien in der Nahrungsmittelindustrie haben wir die Serie ZP3P/ZP3P-JT entwickelt: Die Sauger aus FDA-konformem Silikonkautschuk dichten gut ab und reduzieren damit die Leckage für einen guten Griff. In Roboteranwendungen sind kompaktere Maße und vielfältige Einsetzbarkeit an unterschiedlichen, auch kollaborativ arbeitenden, Applikationen gefragt. „Lange Schläuche und Verdrahtungen machen die Anlage dabei anfälliger für Störungen und mindern die Effizienz“, erläutert Dominik Lewin. „Sauger, Luftversorgung und Vakuumerzeuger müssen deshalb möglichst nah beieinandersitzen.“ Für diese Anwendungen gibt es die Vakuum-Greifereinheiten der Serie ZXP-X1, mit Sauger, Luftversorgungs-/Belüftungsventile, Drucksensor und Vakuumerzeuger.
Für den Transfer noch empfindlicherer Werkstücke wie Leiterplatten oder dünner Gewebe gibt es kontaktlose Vakuumsauger – sie erzeugen eine Hebekraft von bis zu 13 N, ohne die Werkstücke tatsächlich zu berühren. Der Bernoulli-Effekt macht es möglich: Dabei sorgt die zur Seite austretende, beschleunigte Luft für ein Luftpolster zwischen Sauger und Werkstück.
Nicht nur für sanftes Handling ist das Vakuum optimal: Vom Grob- bis zum Feinvakuum können ganz unterschiedliche Reinheitsformen des Vakuums technisch umgesetzt und genutzt werden. Dominik Lewin: „Im Hochvakuum existieren praktisch keine Fremdpartikel und nur noch wenige Gasmoleküle.“ In dieser Umgebung funktionieren Prozesse wie etwa die Beschichtung von Werkstücken sehr gut. Je weniger Fremdpartikel sich zwischen Beschichtungsmaterial und Oberfläche befinden, umso schöner und funktionaler wird das fertige Produkt.
In der Automobilindustrie kommt die Technik zudem bei der Leckageprüfung zum Einsatz: Kleinste Löcher im Kraftstoff- oder Wassertank können große Auswirkungen haben und zu Schäden am Motor führen, wenn etwa Benzin austritt oder die Kühlung nicht mehr gewährleistet ist. „Mit Vakuum können Hersteller auch kleinste Leckagestellen in fertigen Bauteilen finden“, sagt Dominik Lewin. „Dabei wird der Tank mit Gasen wie Helium gefüllt und die Luft um ihn herum evakuiert.“ Sensible Massenspektrometer prüfen dann, ob Gas austritt und der Tank noch einmal genau auf undichte Stellen geprüft werden muss.
Für einen präzisen und sicheren Betrieb mit so hohen Anforderungen an die Reinheit des Vakuums braucht es auch speziell dafür ausgelegte, zuverlässige Komponenten. Hochvakuum-Eckventile der Serie XL bringen Luft und Helium schnell dorthin, wo sie gebraucht werden. Für ein möglichst reines Vakuum sind sie mit einem Heizelement ausgerüstet. Denn während der schnellen Evakuierung von Luft aus der Vakuumkammer kann es sonst zu Vereisung und Verunreinigungen kommen. Damit eignen sich die Ventile auch für andere Hochvakuum-Anwendungen wie etwa Vakuum-Gefriertrocknungsanlagen in der Nahrungsmittelindustrie.
„Vakuum ist ein Dauerbrenner in der Produktion, weil es so vielseitig ist“, betont Dominik Lewin. „Es ermöglicht mit kontinuierlich neu entwickelt Technologien den Einsatz innovativer Produktions- und Handlingverfahren. So bleibt das Vakuum auch in Zukunft enorm nützlich.
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