Raport od naszego partnera Maier Heidenheim na temat wspólnego projektu:

Wymieszane i zapisane

Firma PTM mechatronics opracowała wydajne rozwiązanie dla firm, które muszą mieszać ciecze w dużej liczbie pojemników w warunkach Atex. Zamiast jednego mieszadła na pojemnik, zainstalowano silnik pneumatyczny, który chwyta poszczególne pręty mieszadła. Ta oszczędna innowacja była możliwa dzięki wsparciu specjalisty od złączy obrotowych, Christiana Maiera.

Każdy, kto odwiedzi PTM mechatronics GmbH w Egenhofen, znajdzie się w spokojnej okolicy między Augsburgiem a Monachium. Ale sielanka i innowacyjność nie wykluczają się tutaj wzajemnie - w końcu firma, która została założona w 1988 roku, jest jednym z najbardziej poszukiwanych na świecie wyspecjalizowanych dostawców, jeśli chodzi o silniki pneumatyczne i chwytaki do użytku w specjalnych środowiskach. Silniki pneumatyczne do użytku w obszarach zagrożonych wybuchem, na przykład w produkcji chemikaliów i farb, napędy odporne na wodę morską do użytku na platformach wiertniczych lub w sprzęcie do nurkowania, silniki ze stali nierdzewnej do mieszadeł w produkcji żywności i chwytaki do różnych zastosowań, od robotów po pomieszczenia czyste: produkty i rozwiązania PTM mechatronics cieszą się pierwszorzędną reputacją we wszystkich tych niszach rynkowych. „Głównymi zaletami silników pneumatycznych w porównaniu z silnikami elektrycznymi jest brak iskier i możliwość optymalnego dostosowania materiału do wymagań aplikacji“, wyjaśnia Carsten Angermeyer, właściciel i dyrektor zarządzający PTM mechatronics.

Silnik z tłokiem promieniowym do stosowania w mieszalnikach przeciwwybuchowych

Jedną ze specjalności firmy jest technologia silników: zamiast silników łopatkowych, PTM mechatronics wykorzystuje silniki pneumatyczne z tłokami promieniowymi, które są rozmieszczone wokół wału napędowego w podobny sposób jak silnik promieniowy i są wprawiane w ruch obrotowy za pomocą obrotowego sterowania łopatkowego. Taka konstrukcja oferuje użytkownikowi dwie istotne zalety: wysokie momenty obrotowe można osiągnąć nawet przy niskich prędkościach, a zużycie sprężonego powietrza jest do 90% niższe w porównaniu z silnikiem łopatkowym. „Nasze silniki z tłokiem promieniowym naprawdę sprawdzają się w przypadku mieszadeł w środowiskach przeciwwybuchowych“ - mówi Angermeyer. Potężny moment obrotowy umożliwia także mieszanie bardziej lepkich substancji, a niskie zużycie sprężonego powietrza prowadzi do dużych oszczędności kosztów energii w przypadku często wymaganej pracy ciągłej.
Firmy często przechowują dużą liczbę pojemników z cieczami, które wymagają mieszania w określonych odstępach czasu - na przykład podczas mieszania kolorów, chemikaliów lub substancji zapachowych. W takich przypadkach zakup kompletnego mieszadła dla każdego pojemnika byłby nieproporcjonalnie kosztowny dla firmy. Firma PTM mechatronics opracowała skuteczną koncepcję w oparciu o projekt klienta, który miał dokładnie taką konstelację: miał zostać użyty pojedynczy silnik, zamontowany na automatycznie poruszającym się urządzeniu i wyposażony w pneumatyczny chwytak trójszczękowy na wale napędowym. Silnik ustawia się naprzemiennie nad pojemnikiem, chwyta zawieszony w nim pręt mieszający, miesza ciecz przez z góry określony czas, a następnie przechodzi do następnego pojemnika.

Przejście obrotowe umożliwia przenoszenie mocy na obracający się chwytak

Postawiło to przed PTM mechatronics trudne zadanie: ponieważ chwytak obrotowy jest przymocowany do wału napędowego, sprężone powietrze musiało być doprowadzane do obracającego się wału drążonego przez zawór na obudowie wału stałego. W tym celu wymagane jest złącze obrotowe - technicznie wymagający produkt, który Christian Maier GmbH & Co. KG w Heidenheim w południowych Niemczech specjalizuje się w projektowaniu i produkcji.
„Biorąc pod uwagę techniczne warunki ramowe, szybko stało się jasne, że żadne standardowe rozwiązanie nie wchodzi w grę“, wspomina Florian Maier, dyrektor zarządzający Christian Maier. Podczas gdy specyfikacje dotyczące geometrii silnika można było wdrożyć za pomocą dostosowań projektowych, większy wysiłek był wymagany do stosowania w środowiskach chronionych przed wybuchem. Dozwolone jest tam tylko stosowanie urządzeń z certyfikatem Atex, który jest przyznawany dopiero po pomyślnym zakończeniu obszernych serii testów.
Po tym, jak wstępny prototyp wykazał, że interakcja między złączem obrotowym Maier a silnikami i chwytakiem PTM działa, w firmie Christian Maier rozpoczęto procedurę oceny zgodności.
„Ponieważ w naszym asortymencie posiadamy już złącza obrotowe z certyfikatem Atex, mogliśmy skorzystać z istniejącego doświadczenia“, mówi Florian Maier.

Pomyślna certyfikacja Atex

Konieczne było przeprowadzenie szeroko zakrojonych testów w celu zapewnienia i udokumentowania, że złącze obrotowe nie powoduje przegrzania ani iskrzenia. W szczególności oznaczało to klasę temperaturową T3 w kategorii Atex 2G:
Christian Maier musiał zaprojektować tak bezpieczną konstrukcję, aby temperatura powierzchni złącza obrotowego nigdy nie przekroczyła 200 stopni Celsjusza minus margines bezpieczeństwa. „Limit ten dotyczy również ekstremalnych sytuacji, w których występują przewidywalne usterki“ - mówi Florian Maier.
Korzystając z czujników temperatury, przeprowadzono odpowiednie testy i, między innymi, celowo spowodowano uszkodzenie łożyska w celu określenia zachowania temperatury złącza obrotowego. Rezultat: nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach temperatura powierzchni komponentu pozostawała znacznie poniżej zakresu krytycznego. To otworzyło drogę do przedłożenia dokumentów i protokołów do TÜV Süd, który następnie wydał ocenę bezpieczeństwa i zatwierdzenie Atex dla złącza obrotowego.

Zminimalizowane straty tarcia

W ramach testów zoptymalizowano również stosunek szczelności do strat tarcia. Chociaż wysoki nacisk na uszczelnienie prowadzi do maksymalnej szczelności, zwiększa to opór ruchu wału w złączu obrotowym. Sprężyny zostały wykorzystane do regulacji nacisku uszczelnienia w taki sposób, aby zminimalizować opór tarcia, a tym samym zużycie energii, przy jednoczesnym zachowaniu funkcji uszczelnienia.
Dzięki połączeniu silnika pneumatycznego, złącza obrotowego i chwytaka trójszczękowego, PTM mechatronics ma teraz skuteczną koncepcję dla firm, które wcześniej musiały albo zainwestować w dużą liczbę mieszadeł, albo musiały ręcznie zarządzać zmieniającym się wykorzystaniem poszczególnych mieszadeł w mniej ekonomiczny sposób. „Nasze rozwiązanie umożliwia automatyzację mieszania 20, 50 lub nawet większej liczby pojemników“, mówi dyrektor zarządzający PTM Carsten Angermeyer, podsumowując korzyści. Dzięki certyfikacji Atex, systemy mogą być również łatwo instalowane w produkcji chemikaliów lub farb.

Transfer koncepcji do innych sektorów

Po pozytywnym odbiorze pierwszych projektów, wynalazcy z PTM mechatronics i Christian Maier myślą już o krok dalej. Podobne konstelacje, w których ciecze muszą być mieszane w dużej liczbie pojemników, można również znaleźć w przemyśle spożywczym - na przykład w produkcji produktów mlecznych lub napojów.
„Tutaj mieszadła zwykle muszą spełniać normę FDA dotyczącą kontaktu z żywnością, co można bardzo dobrze zrealizować za pomocą napędów pneumatycznych“ - mówi Carsten Angermeyer. W przyszłości dobra współpraca z Christianem Maierem może również zostać rozszerzona na zespoły zatwierdzone przez FDA, jeśli zajdzie taka potrzeba.