Zpráva našeho partnera Maier Heidenheim o společném projektu:

Promícháno a uloženo

Společnost PTM mechatronics vyvinula účinné řešení pro společnosti, které musí míchat kapaliny ve velkém počtu nádob v podmínkách Atex. Namísto jednoho míchadla na nádobu je instalován pohyblivý vzduchový motor, který uchopuje jednotlivé míchací tyče. Tato inovace šetřící náklady byla umožněna díky podpoře specialisty na rotační svazky Christiana Maiera.

Kdo navštíví společnost PTM mechatronics GmbH v Egenhofenu, ocitne se v klidném venkovském prostředí mezi Augsburgem a Mnichovem. Idyla a inovace se zde však vzájemně nevylučují - vždyť společnost, která byla založena v roce 1988, je jedním z nejvyhledávanějších světových specializovaných dodavatelů pneumatických motorů a chapadel pro použití ve speciálních prostředích. Pneumatické motory pro použití v oblastech s nebezpečím výbuchu, například při výrobě chemikálií a barev, pohony odolné vůči mořské vodě pro použití na vrtných plošinách nebo v potápěčských zařízeních, motory z nerezové oceli pro míchadla v potravinářské výrobě a chapadla pro různé aplikace od robotů až po čisté prostory: výrobky a řešení společnosti PTM mechatronics se ve všech těchto tržních nikách těší prvotřídní pověsti. „Hlavní výhody pneumatických motorů oproti elektromotorům spočívají v tom, že nedochází k jiskření a materiál lze optimálně přizpůsobit požadavkům dané aplikace,“ vysvětluje Carsten Angermeyer, majitel a jednatel společnosti PTM mechatronics.

Radiální pístový motor pro použití v míchání v nevýbušném prostředí

Jednou ze specialit společnosti je technologie motorů: namísto lamelových motorů používá PTM mechatronics vzduchové motory s radiálními písty, které jsou uspořádány kolem hnacího hřídele podobně jako radiální motor a jejichž otáčení se nastavuje pomocí rotačního lamelového řízení. Tato konstrukce nabízí uživateli dvě významné výhody: vysokých krouticích momentů lze dosáhnout i při nízkých otáčkách a spotřeba stlačeného vzduchu je ve srovnání s lamelovým motorem až o 90 % nižší. „Naše radiální pístové motory se skutečně uplatní, pokud jde o míchadla v prostředí s nebezpečím výbuchu,“ říká Angermeyer. Silný točivý moment umožňuje míchat i viskóznější látky a nízká spotřeba stlačeného vzduchu vede k vysokým úsporám nákladů na energii při často vyžadovaném nepřetržitém provozu.
Firmy často skladují velké množství nádob s kapalinami, které je třeba v určitých intervalech míchat - například při míchání barev, chemikálií nebo vonných látek. V takových případech by nákup kompletního míchadla pro každou nádobu byl pro společnost neúměrně nákladný. Společnost PTM mechatronics vyvinula efektivní koncept na základě projektu zákazníka, který měl přesně tuto konstelaci: měl být použit jediný motor, namontovaný na automaticky se pohybujícím zařízení a vybavený pneumatickým tříčelisťovým chapadlem na hnací hřídeli. Motor se střídavě umisťuje nad nádobu, uchopí v ní zavěšenou míchací tyč, po předem stanovenou dobu míchá kapalinu a poté se přesune k další nádobě.

Rotační průchodka umožňuje přenos energie na rotující chapadlo

To postavilo společnost PTM mechatronics před složitý úkol: protože rotující chapadlo je připojeno k hnacímu hřídeli, musel být stlačený vzduch přiváděn do rotujícího dutého hřídele přes ventil na pevném krytu hřídele. K tomuto účelu je zapotřebí rotační spojka - technicky náročný výrobek, který Christian Maier GmbH & Co. KG v Heidenheimu v jižním Německu se specializuje na vývoj a výrobu.
„Vzhledem k technickým podmínkám bylo rychle jasné, že zde nepřipadá v úvahu žádné standardní řešení,“ vzpomíná Florian Maier, jednatel společnosti Christian Maier. Zatímco specifikace geometrie motoru bylo možné realizovat konstrukčními úpravami, pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu bylo nutné vynaložit větší úsilí. Tam je povoleno používat pouze zařízení s certifikací Atex, která se uděluje až po úspěšném absolvování rozsáhlých sérií zkoušek.
Poté, co první prototyp ukázal, že interakce mezi rotačním svazkem Maier a motory a uchopovací jednotkou PTM funguje, byl u společnosti Christian Maier zahájen postup posuzování shody.
„Vzhledem k tomu, že v našem sortimentu již máme rotační spojky s certifikací Atex, mohli jsme čerpat z dosavadních zkušeností,“ uvádí Florian Maier.

Úspěšná certifikace Atex

Musely být provedeny rozsáhlé zkoušky, aby bylo zajištěno a zdokumentováno, že rotující svazek nezpůsobuje přehřátí nebo jiskření. Konkrétně to znamenalo teplotní třídu T3 v kategorii Atex 2G:
Christian Maier musel zajistit takovou bezpečnost konstrukce, aby povrchová teplota rotujícího svazku nikdy nepřekročila 200 stupňů Celsia minus bezpečnostní rezerva. „Tento limit platí i pro extrémní situace, kdy dojde k předvídatelným poruchám,“ říká Florian Maier.
Pomocí teplotních čidel byly provedeny příslušné zkoušky a mimo jiné bylo záměrně poškozeno ložisko, aby bylo možné zjistit teplotní chování rotujícího svazku. Výsledek: i za těch nejnepříznivějších podmínek zůstala povrchová teplota součásti hluboko pod kritickým rozsahem. To uvolnilo cestu k předložení dokumentů a protokolů společnosti TÜV Süd, která následně vydala posouzení bezpečnosti a schválení Atex pro rotační spoj.

Minimalizace třecích ztrát

V rámci testů byl také optimalizován poměr těsnosti a třecích ztrát. Vysoký přítlak na těsnění sice vede k maximální těsnosti, ale zvyšuje jízdní odpor hřídele v rotačním spoji. K nastavení přítlaku těsnění byly použity pružiny tak, aby byl minimalizován třecí odpor, a tím i spotřeba energie při zachování těsnicí funkce.
Díky kombinaci pneumatického motoru, rotačního svazku a tříčelisťového uchopovače má nyní společnost PTM mechatronics efektivní koncept pro podniky, které dříve musely investovat do velkého počtu míchadel nebo musely ručně řídit měnící se použití jednotlivých míchadel méně hospodárným způsobem. „Naše řešení umožňuje automatizovat míchání 20, 50 nebo i více nádob,“ shrnuje výhody jednatel společnosti PTM Carsten Angermeyer. Díky certifikaci Atex lze systémy snadno instalovat i v chemické nebo lakovací výrobě.

Přenos konceptu do jiných odvětví

Po pozitivním ohlasu prvních projektů již vynálezci z PTM mechatronics a Christian Maier myslí o krok dopředu. S podobnými konstelacemi, při nichž je třeba míchat kapaliny ve velkém množství nádob, se lze setkat i v potravinářském průmyslu - například při výrobě mléčných výrobků nebo nápojů.
„Zde musí míchadla obvykle splňovat normu FDA pro styk s potravinami, což lze velmi dobře realizovat pomocí pohonů na stlačený vzduch,“ říká Carsten Angermeyer. V budoucnu by se dobrá spolupráce s Christianem Maierem mohla v případě potřeby rozšířit i na sestavy schválené FDA.