Vakuumtechnik in der Industrie

Vakuumtechnik in der Industrie – Einsatzmöglichkeiten und Funktionsweise

Vor einiger Zeit haben wir bereits einen Artikel über die Vakuumkammer verfasst. Heute möchten wir uns mehr mit der so genannten Vakuumtechnik und den daraus resultierenden Einsatzgebieten dieser Methode befassen. Spricht man von Vakuumtechnik in der Industrie, so muss man viele unterschiedliche Einsatzgebiete und Anwendungen differenzieren.

Anders als die Vakuumkammer, ist die Vakuumtechnik sehr breit gefächert und betrifft eine Vielzahl von Branchen wie Metallindustrie, Medizintechnik oder Automobilindustrie, um nur die wichtigsten zu nennen. Nachfolgend zeigen wir Ihnen einige Anwendungsbeispiele, um die Vielfalt der Vakuumtechnik zu demonstrieren.
Vakuumsauggreifer zum Beispiel können leichte, empfindliche Gegenstände innerhalb einer Automationskette sicher und gegebenenfalls berührungslos anheben und transportieren. Wo hingegen Vakuumheber große und flächige Werkstücke wie Holz oder Spanplatten halten und befördern können.
In der Transportbranche ist die Vakuumtechnik nicht mehr wegzudenken. So gelangen Schüttgüter, wie Sand, Staub oder auch schüttbare Lebensmittel wie Mehl oder Zucker mittels Unterdrucks aus dem LKW in die Lagerbehälter der Produktionen oder von einer Produktionsstation zur anderen. Diese Variante nennt man Unterdruck-Transportsystem. Wie Sie sehen, sind sehr viele Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie gegeben. Die unterschiedlichsten Prozessschritte wie Anheben, Fördern, Wenden, Greifen, Spanen, Halten, Einlegen, Bewegen, Umsetzen, Transportieren und vieles mehr können mit der Vakuumtechnologie realisiert werden. Sauggreifer, Vakuum- und Balgsauger, Saugpinzetten, Saugheber oder berührungslose Transportsysteme führen diese Schritte aus.
Wie dieses für die Industrie wichtige Vakuum erzeugt wird, kann man nicht pauschal sagen. Zunächst muss bestimmt werden, welcher Vakuumbereich für eine Applikation benötigt wird. Hier wird in folgende Messbereiche unterschieden: Atmosphäre, Unterdruck, Grobvakuum und Ultrahochvakuum. Technisch betrachtet gibt es für das Erzeugen eines Vakuums verschiedene Prozesse.
Es gibt einen Begriff für zwei unterschiedliche Prozesse der Vakuumerzeugung. Hinter dem Begriff Vakuumerzeuger verbergen sich zwei höchst unterschiedliche Prinzipien. Im ersten Fall wird das Vakuum pneumatisch dargestellt, im zweiten Fall elektrisch mit Hilfe von Bewegungsenergie. Die rein pneumatisch betriebenen Vakuumerzeuger werden in der Fachwelt Ejektoren genannt. Pneumatisch betrieben bedeutet in diesem Falle mit Druckluft befüllt. Diese sind klein, kompakt und leicht. Sehr oft werden diese direkt in ein Druckluftsystem mit einem beständigen Betriebsdruck integriert. Sie funktionieren nach dem so genannten Venturi-Prinzip. Dabei wird Druckluft in den Ejektor eingeleitet. Durch die darin befindliche, sich verengende Düse wird der Luftstrom zugleich beschleunigt und komprimiert. Nach Verlassen der Düse entspannt sich der Luftstrom und es entsteht ein hoher Unterdruck, der bewirkt, dass Luft von außen durch den im Ejektor vorhandenen Vakuumanschluss angesaugt wird. Mit Hilfe von vorgeschalteten oder integrierten Ventilen können Ejektoren in kürzester Zeit den Luftstrom des Systems umschalten, regeln und Vakuum generieren. Diese Art der Vakuumerzeugung generiert in der Regel hohes Vakuum (Hochvakuum oder Ultrahochvakuum) bei relativ geringem Volumenstrom. Die Einsatzgebiete und typische Anwendungsmöglichkeiten sind Industrieroboter-Applikationen oder Automationsketten in denen Werkstücke mittels Vakuumgreifern transportiert, gedreht, angehoben oder gehalten werden.

Das zweite Prinzip der Erzeugung von Vakuum ist durch Maschinen, wie Vakuumpumpen, Vakuum-Gebläse und Verdränger-Vakuumpumpen. Diese Maschinen sind um einiges größer als Ejektoren. Ebenfalls ist das technische Prinzip dahinter etwas komplizierter als bei der ersten Variante. Anders als beim ersten Prinzip sind Vakuum-Gebläse und Vakuum-Verdichter nicht in ein geschlossenes Druckluftsystem integriert. Vielmehr sind sie selbst der Ursprung des Vakuums, denn sie generieren das benötigte Vakuum durch kinetische Energie. Diese Bewegungsenergie im Vakuumgebläse wird in den meisten Fällen durch Drehkolben erzeugt. Für den Antrieb dieser Drehkolben wiederum wird elektrische Energie benötigt. Die Luft oder in einigen Fällen auch die Gase werden mithilfe von mechanischen Einwirkungen (in dem Fall Drehkolben) in einem Rohrsystem in die Förderrichtung gezwungen. Bei diesem Vorgang entsteht ein verhältnismäßig geringes Vakuum jedoch ein sehr hohes Saugvolumen. Die Vakuumbereiche, die mit dieser Methode erzeugt werden können, variieren zwischen Unterdruck und maximal Hochvakuum (dieses wird allerdings meist in Verbindung mit vorgeschalteten Pumpen erreicht).
Die Anwendungsbereiche von Vakuum - Drehkolbengebläsen können sehr unterschiedlich sein. Der hohe Volumenstrom, der dabei generiert wird, eignet sich für vielfältige Industrieanwendungen. Durch ihre durchweg robuste Art sind es ganz andere Einsatzgebiete als bei den eher kleinen Ejektoren. So kann ein hoher Volumenstrom mit leichtem Unterdruck beispielsweise für Absaugsysteme schädlicher Gase oder Stäube in der Produktion, Kohlekraftwerken, Werkstätten, der chemischen Industrie oder überall dort, wo schädliche Luft abgesaugt werden muss, eingesetzt werden.
Noch mehr zu bieten haben Vakuumgebläse in der Stahlindustrie. Hier helfen sie bei der Veredlung von Stahl durch Stahlentgasung. Bei dieser Methode wird im sogenannten Vakuum-Umlaufverfahren eine Teilmenge des flüssigen Stahls per Unterdruck in ein Gefäß gesaugt. Immerhin spricht man hier von einer Größenordnung von 10.000 bis 97.000 Kubikmetern pro Stunde. Den eingesaugten Schmelzen wird durch das Einblasen von Argon der Kohlenstoff entzogen, das bedeutet, sie wird entkohlt und entgast. Im Anschluss fließt sie zurück in die Schmelzpfanne.
Noch mehr veredelt kann der Stahl mit dem sogenannten VOD-Verfahren (Vacuum Oxygen Decarburisation) werden. Hier wird zur vorher beschriebenen Methode noch zusätzlicher Sauerstoff eingeblasen und so der Schmelze weiterer Kohlenstoff entzogen, so wird der Stahl noch weiter veredelt.
Auch Vakuum-Drehkolbengebläse sind ideal geeignet für den Unterdruck-Transport. Im Gegensatz zu den feinen Stäuben und leichten Schüttgütern, wie oben beschrieben, können durch die Erzeugung eines Unterdrucks mit hohem Volumenstrom auch kleinere Metallteile, wie zum Beispiel Stanzabfälle die bei der Produktion im Walzwerk anfallen, abgesaugt und über Rohrleitungen in den Schmelzprozess zurückgeführt werden.
Es ist schon faszinierend, was man alles mit ein wenig Druck im übertragenen Sinne anstellen kann. Wir hoffen, unser Artikel hat Ihnen gefallen. Wir freuen uns über Anregungen und Fragen und wie immer neue Themenvorschläge.