Bernoulli-Effekt

Auch für modernes Handling interessant: Der im 18. Jahrhundert von Daniel Bernoulli beschriebene und nach ihm benannte Bernoulli-Effekt. Der Physiker entdeckte die Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit eines Fluids und dessen Druck: Nimmt die Fließgeschwindigkeit zu, wird dies von einem Druckabfall begleitet. Bild: © popov48 – Fotolia

Wie von Zauberhand transportiert ein Roboter Solarzellen, Wafer oder Flüssigkristallglas von A nach B. Der Laie staunt, die Fachleute wissen, dass kontaktlose Vakuumsauger am Werk sind, und das bereits im 18. Jahrhundert von dem Schweizer Mathematiker und Physiker Daniel Bernoulli beschriebene Phänomen – der Bernoulli-Effekt – wirkt.

Dieser erzeugt einen Unterdruck, wenn die Geschwindigkeit eines Fluides ansteigt. Diesen Unterdruck macht sich SMC bei kontaktlosen Vakuumsaugern zunutze: Die Druckluft wird radial nach außen abgeblasen, was die Drehlast verringert. Der Transportvorgang wird extrem vibrationsarm, die Amplitude des Werkstücks beträgt maximal plus/minus 0,01 Millimeter. Ein standardisierter Sensoranschluss für die einfache Saugerkennung von Werkstücken sichert den Prozess zusätzlich ab.

Produktserie XT661

Das spezielle von SMC gestaltete Strömungskanal-Design der neuen Produktserie XT661 verbessert die Leistungsfähigkeit der kontaktlosen Vakuumsauger.

Das Funktionsprinzip des Zyklon-Effekts bläst die Druckluft in Richtung der erzeugten Wirbel. Durch die Zentrifugalkraft des Wirbelstroms entsteht eine größere Hebekraft. Das neue SMC-Strömungskanal-Design wurde signifikant verbessert: War die ursprüngliche Version der Zyklon-Ausführung durch einen kleinen Vakuumbereich mit einem größeren Vakuum im Zentrum gekennzeichnet, erzeugt die neue Baureihe mit der besonders großen Ansaugfläche und der gleichmäßigen Druckverteilung jetzt eine Hebekraft von bis zu 44 Newton – bei geringerem Druckluftverbrauch.

Berührungsloser Transport

Ein kontaktloser Transfer ist immer dann erforderlich, wenn Werkstücke fragil, dünn, porös oder luftdurchlässig sind beziehungsweise Aussparungen aufweisen. Auch wo Oberflächen ungleichmäßig sind, Produkte abdruckfrei bleiben müssen oder bereits verpackt sind, ist ein berührungsloser Transport die richtige Lösung. Oft kommt hinzu, dass der Raum für die Handhabung begrenzt ist.

Sandra Spreuer aus dem SMC Sales Engineering beschreibt die neue Produktserie XT661 wie folgt: „Dank der beiden verschiedenen Funktionsprinzipien und der vielfältigen Auswahl an Bernoulli-Modellen können wir beinahe alle Anforderungen bedienen. Die leistungsstarken Vakuumsauger der neuen Generation XT661 sind kompakt und haben ein geringes Gewicht, beim kleinsten Modell X260 sind das nur circa 1,3 Gramm bei einer Bauhöhe von 1,8 Millimetern.“

An das Ende eines Roboterarms montiert, können mehrere dieser kleinsten Modelle flächige Werkstücke, zum Beispiel Wafer, sicher bewegen. Optionen wie Dämpfscheiben aus Polyurethan und Mehrfachanschlüsse für Sensoren bei der Baureihe mit Zyklon-Effekt runden das Angebot ab. Das Aluminiumgehäuse ist gleichzeitig leicht und stabil.

Geringer Druckluftbedarf

Die Bernoulli-Effekt-Ausführungen gibt es je nach Größe in runder oder quadratischer Bauform. Das Gehäusematerial aus PBT-Kunststoff unterstützt die vibrationsarme Eigenschaft ebenso wie der

SMC-Strömungskanal. Der geringe Druckluftbedarf bei hoher Leistung ist ein besonderes Merkmal bei beiden Typen der kontaktlosen Vakuumsauger.

Das Innenteil kann zur Reinigung und Wartung einfach ausgebaut werden, eine Schmierung ist nicht erforderlich. Der Vorteil ist nicht nur die Zeitersparnis bei der Wartung, sondern auch die Handhabung der Werkstücke ohne Risiko einer Kontamination mit Schmiermitteln.

Bernoulli oder Zyklon?

Die Entscheidung Bernoulli oder Zyklon kann unter Berücksichtigung des Parameters Werkstückdicke getroffen werden, erläutert Sandra Spreuer: „300 µm ist unserer Erfahrung nach eine Grenze; dünnere Werkstücke profitieren von der vibrationsarmen Bernoulli-Variante, dickere und schwerere Materialien werden mit der Zyklon-Variante sicher bewegt.“

Für die Entscheidungsfindung bietet SMC in seinem Industrial Application Center (IAC) die Möglichkeit, gemeinsam mit Experten individuelle Aufgabenstellungen zu simulieren, praxisnah zu testen und konkrete Lösungen zu entwickeln. Die umfangreiche Produktpalette des Pneumatikers erlaubt es, ganzheitliche Konzepte aus einer Hand zu realisieren. jl

Autor: Michael Losert, SMC

Technik im Detail

Saugabstand Grafik

Das kontaktlose Ansaugen wird durch eine Luftschicht ermöglicht, die sich zwischen Werkstück und Vakuumsauger bildet. Bild: SMC

Ansaugen mit Bernoulli-Effekt

Druckluft aus dem Versorgungsanschluss wird radial aus der Düse auf der konvexen Ansaugfläche ausgeblasen. Der radiale Strom wird aus dem Zwischenraum zwischen dem kontaktlosen Vakuumsauger

und dem Werkstück an die Atmosphäre abgelassen. Die Druckluft zwischen dem kontaktlosen Vakuumsauger und dem Werkstück wird in Richtung der Peripherie gesaugt.

Infolgedessen entsteht in der Mitte ein Bereich mit Vakuum, und das Werkstück kann ohne Berührung angehoben werden.

Technik im Detail

Grafik Werkstück

Durch Pulsation und Wirbelstrom entstehende Wellen werden verhindert, das minimiert die Werkstück-Amplitude. Bild: SMC

Einsatzgebiete:

  • Elektronische Leiterplatten
  • Solarbatteriezellen
  • Folien, Kartons, Papier, Schnittholz
  • Flüssigkristallglas
  • Wafer, Elektrodenwerkstoffe, Kupferfolien.