未来的趋势指向移动、自主和节能系统。
由德国格拉滕J. Schmalz GmbH预开发功能协调员Harald Kuolt贡献
自动化生产是畅销产品的关键。自动化技术使得降低工艺成本、提高产量和生产率、提高质量成为可能——所有这些都导致了高效率的生产和更好、更便宜、更容易获得的产品。这就是自动化系统和工业机器人市场正在崛起的原因。
在任何自动化生产系统中，处理都是一个关键功能。一般来说，用户关心的是在不影响或损坏工件的情况下，具有适当精度的工艺安全。此外，设备的正常运行时间长，周期短，前期投资和运行成本低。
特别是在工件的夹持和夹紧方面，真空自动化在几乎所有行业领域都发挥着重要作用。真空夹持系统的核心部分是真空发生器，气动真空发生器多年来已广泛应用于搬运应用。
这种情况可能正在改变。最近的技术发展导致了新型的自动化系统，如移动处理平台和人机协作。这样的应用将使压缩空气动力真空系统不那么可取或不可用。下面我们来看看电动真空发生器如何克服挑战，提高未来处理系统的能源效率，并影响新的工作形式。
真空处理效率
为了确保真空处理过程中的客户价值，首先，工件必须快速安全地放置在其目标位置。因此，吸盘必须提供所需的流体动力。这是受抽气时间短、密封条件好、泄漏量小、管道和软管长度短以及真空夹持系统内流动损失小的影响。所有这些因素在能源效率和运营成本方面也发挥着重要作用。
真空处理技术领域的能源效率仍然较低，因为需要将电能转化为压缩空气，再将压缩空气转化为真空。此外，基础设施、工件、吸盘，当然还有工艺参数都会影响真空夹持器的能耗。
努力提高真空处理系统的能源效率仍然是相对未探索。一些研究项目已经深入研究了这一课题，气动真空发生器作为一个关键部件一直是许多研究的重点。但由于节能功能等特性会影响搬运过程，这些研究结果对于在实际生产条件下评价整个搬运过程并没有合适的意义。
自动化生产的趋势
如今，由机器完成的全自动流程和由人类完成的手工处理任务之间的界限已经变得模糊。相反，现在许多活动都涉及到所谓的“人机交互”。这意味着生产人员和机器(暂时)在同一个物理空间中一起工作。
用于这类应用的机器人通常体积小，结构轻巧。在“自主仓储”领域，它们甚至被用于移动平台上处理货物，例如放置货架或将产品拉出运输。
在真空处理的范围内，有一个重要的限制:移动应用程序不能携带压缩空气管路。同样的情况也适用于带有内置传感器的静止的轻型机器人。在机器人上安装压缩空气管道是不可能的，因为这会影响传感器并干扰机器人的功能。
因此，当处理技术的运营商希望在未来使用真空处理及其好处时，需要新的方法来产生真空而不需要压缩空气。Schmalz在2013年进行的一项初步技术研究表明，在处理应用时不需要外部能源供应。核心元件是所谓的“推推机构”，包括一个活塞，当夹具放在工件上时，由机器人在垂直方向上运动驱动。为了将工件设置在目标位置，必须再次驱动该机构。该解决方案在处理密封，刚性工件无泄漏时工作良好。然而，对于工业应用，泄漏或其他影响真空处理过程，其他设计是必要的。
实际的解决方案
在移动机器人平台上市之前，用户认为电动真空发生器只有在其性能(主要是真空度和流量)与基于文丘里原理的气动真空发生器相当的情况下才适用于处理解决方案。
一般来说，标准的空气动力真空发生器可以安装在机器人结构上、连接臂或外围设备上，甚至可以安装在单个吸盘附近。吸盘离真空发生器越近，真空发生器的尺寸和重量对夹持器的转动惯量和总重量的影响越大。将真空发生器放置在吸盘附近的另一个好处是需要较少的气流来管理处理溶液。如果吸盘靠近真空发生器，与吸盘与发生器之间的距离较大时相比，软管必须排出的内部体积更小，特别是如果多个吸盘都提供真空。
标准的电动真空发生器——例如，活塞泵或与电动机耦合的旋转鼓风机——不适合直接用于夹持系统。由于重量和性能的原因，它们只能放置在机器人附近。然而，这只适用于性能是基于自由流动时的最大空气流量。如前所述，需要相应的更大的气流来实现较短的排气时间，并在此基础上实现较短的应用周期时间。
但是，如果可以通过减少吸盘、软管和其他部件的内部容积来限制抽气量，那么像膜泵这样的小型电动真空发生器就可以实现相当的(至少是可以接受的)抽气量和循环时间。最小的基于文丘里喷嘴的气动真空发生器在自由流动时产生约35 lpm的吸入流量。小型、轻便的膜泵，一般适用于吸盘附近的真空应用，可产生约50%的最大气流。
特别是，如果用传统方法向机器提供压缩空气是困难的，甚至是不可能的，那么使用电动真空发生器的新应用在以前是不可能的。此外，这些发展正在引发关于“标准”应用中的能源效率和必要的气流速率的新讨论。即使在压缩空气很容易获得的传统情况下，如果能满足应用要求，工程师也可以在不损失性能的情况下降低自由流动条件下的气流速率，就像标准解决方案一样。
另一个需要考虑的问题是，在基于文丘里原理的标准真空喷射器中，压缩空气以音速流动。喷射器喷嘴内的流动状况会产生巨大的噪声排放。当喷射器上没有安装额外的消声器时，会导致工人听力受损。这就是为什么法规通常要求使用消音器。消声器可以减少噪音，但也会影响性能，因为消声器会产生流动阻力。
在人类和机器人一起工作的应用中，具有高噪声排放水平的气动驱动真空喷射器在工人附近可能是危险的。同样在这种情况下，小型电动真空发生器与标准喷射器相比有好处，因为膜泵没有极高的流速和噪音排放水平低于标准喷射器
弹射器。
未来的前景
气动和电动真空发生器通常用于自动化生产过程。然而，标准的电动真空发生器要比性能相当的喷射器大得多，也重得多。这就是为什么这些电驱动真空发生器不能直接安装在夹持系统上的原因。
通常，这些发电机安装在机器人或搬运设备附近。在这种情况下，需要真空软管来供应夹持器系统上的吸盘，在机器人旁边产生真空。这导致软管和其他部件内部的体积更大，在处理过程的每个周期中必须将其排出。
在移动应用中，这种真空生成是不可能的。因此，其他方法是必要的。工程师首先应该确定哪种电动驱动原理适用于特定的处理应用，这样夹持系统才能确保足够的真空水平和尽可能高的气流速率。
基本上，自由流动时的空气流速在应用中不是特别重要。这只是需要短的疏散时间，最终，短的循环时间可以实现。这就是为什么如果应用性能与标准解决方案相比相当或可接受，那么小型电动真空发生器是合适的。
整体设计也很重要。吸盘离真空发生器越近，软管、吸盘和其他部件内部的容积就越小，这些部件都必须被抽走。这在移动应用中尤其重要，因为抓握系统可以做得更小，重量更轻。这也是未来工作概念的重点，比如人机交互，人与机器人在没有保护装置的情况下安全地一起工作。
在协作机器人、移动平台和类似的应用程序中，对真空处理的需求将在未来急剧增长。传统的气动真空系统是不可能成功安装的。因此，电力驱动的真空发电机是必要的，幸运的是，现在已经准备好进入市场。
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