Vacuümgrijper garandeert veilige handling

Een subtiele en gecontroleerde grip doet wonderen binnen voedingsindustrie

Vacuümtechnologie wordt in de voedingsindustrie veelvuldig toegepast, niet alleen bij de productie en het verpakken, ook binnen het interne transport. Vacuümgrijpers zorgen daarbij voor een snelle, schone en veilige producthandling, en voldoen ook nog eens aan de vigerende regelgeving en de geldende kwaliteitsnormen. Alhoewel de fabrikanten al een indrukwekkend assortiment aan vacuümgrijpers op hun conto hebben staan, zoeken ze onvermoeibaar verder naar veiliger, efficiënter en duurzamer.

Hygiënisch ontwerp

Vacuümgrijpers voor de voedingsindustrie worden gekenmerkt door een hygiënisch en reinigingsvriendelijk ontwerp, het gebruik van voedselveilige materialen en bestendigheid tegen reinigingsmiddelen. Ze dienen te voldoen aan regelgeving en kwaliteitsnormen, waaronder:

• EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group), betrekking hebbende op het hygiënisch ontwerp en de constructie van apparatuur en processen;
• FDA- en EU 1935/2004-certificeringen voor contactmaterialen, erop toeziend dat voedselcontactmaterialen veilig, inert en geschikt zijn voor gebruik in de voedingsindustrie;
• HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points), gericht op het identificeren, beheersen en bij voorkeur voorkomen van biologische, chemische en fysische risico’s tijdens de voedselproductie.

Veilige handling

Vacuümgrijpers zijn eenvoudig in gebruik en de kans op besmetting en/of verontreiniging zijn gering: er is nauwelijks contact tussen grijpsysteem en product en bovendien zijn vacuümgrijpers vaak onderdeel van geautomatiseerde productielijnen in afgeschermde dan wel steriele werkruimten. Verder is vacuüm schoon omdat het lucht onttrekt zonder lucht toe te voegen (geen contaminatie).

Dat een vacuümgrijper gecontroleerd en wrijvingsvrij opereert helpt productbeschadiging te voorkomen; dat de vacuümkracht tijdens het loslaten van het product gradueel vermindert, voorkomt mechanische belasting. De perslucht die daarbij wordt gebruikt dient te voldoen aan de kwaliteitsklasse ISO 8573-1; de zuiverheidseisen worden bepaald op basis van de HACCP.

Typen vacuümgrijpers

De keuze wordt gemaakt op grond van producteigenschappen zoals gewicht, structuur, vorm en kwetsbaarheid.

Contactloze grijpers

Het ontbreken van welk fysiek contact dan ook voorkomt schade aan kwetsbare producten. Ook is er minder kans op vuilophoping en/of (kruis)besmetting en ligt de doorvoersnelheid beduidend hoger dan die bij conventionele systemen.

Werkingsprincipe

De druk in een stromend fluïdum als (pers)lucht daalt wanneer de stoomsnelheid toeneemt (Bernoulli-principe). In dit geval wordt perslucht geleid door een specifieke geometrie, bijvoorbeeld een speciaal ontworpen nozzle, waardoor de luchtstroom versnelt. Aan de grijper ontstaat een onderdruk die het object vervolgens aantrekt en vasthoudt.

Kerncomponenten

• Nozzles of luchtkanalen zorgen ervoor dat de lucht gecontroleerd wordt versneld. Hun vorm en de plaatsing maakt dat er een luchtstroom ontstaat die het vacuüm creëert.
• De vacuümkamer waar de onderdruk wordt gegenereerd en waarin het object wordt ‘vastgegrepen’ door het vacuüm.

Toepassingen

Contactloze vacuümgrijpers worden veelal ingezet voor de handling van kwetsbare producten en/of producten met onregelmatige of poreuze oppervlakken. Het ontbreken van fysiek contact maakt ze geschikt voor het verpakken van onder meer baby- en medicinale voedingsproducten.

Schuimgrijpers

Een schuimgrijper wordt gebruikt voor het verplaatsen van vacuüm verpakte, onregelmatig gevormde producten. Omdat het schuim vanwege de open structuur vervuild en/of verstopt kan raken, moet direct voedingscontact worden vermeden. Er zijn weliswaar schuimgrijpers met een gesloten celstructuur aan het oppervlak, maar die zijn weer minder flexibel.

Werkingsprincipe

Dit type beschikt over meerdere klepjes die kunnen open en sluiten in aanwezigheid van een product; de flexibele schuimlaag vormt zich daarbij naar de productcontouren. Flowrestrictie voorkomt dat de producten blijven staan door een te lage onderdruk als gevolg van inlek. Nadat de lucht is weggezogen ontstaat een onderdruk, en hecht het product zich stevig aan de grijper. Zodra het vacuüm wordt opgeheven, komt het product weer vrij.

Kerncomponenten

De schuimplaat kan bestaan uit:

• EPDM (semi gesloten celrubber; in verband met contaminatiegevaar alleen bruikbaar voor verpakte materialen) dan wel siliconen foam (gesloten celrubber) dat onder voorwaarden direct op het product mag worden gebruikt;
• een basis- of zuigplaat doorgaans met openingen of kanalen voor luchtstroming. Deze ondersteunt de schuimplaat en zorgt voor een gelijkmatige verdeling van het vacuüm.

Toepassingen

Schuimgrijpers worden doorgaans gebruikt voor dozen en vacuümverpakte producten. Direct contact kan leiden tot verontreiniging en/of verstopping van het schuim. Daarnaast zijn ze, door de aanwezige techniek om lekverlies te beperken, geschikt voor het oppakken van grote(re) producten.

Vingergrijpers

Bij vingergrijpers worden mechanische vingers en vacuümtechniek gecombineerd: de vingers zorgen voor geleiding of stabilisatie van het object, het vacuüm fixeert het object en zorgt tevens voor de beweging en de stijfheid van de vingers

Werkingsprincipe

Nadat de lucht uit de grijper is verwijderd, is de luchtdruk daarbinnen lager dan die van de omgeving. Dit drukverschil veroorzaakt een gedoseerde kracht die de grijper doet sluiten rond het object. Dit voorkomt dat een kwetsbare product worden fijngeknepen

Kerncomponenten

• De ‘vingers’ zijn doorgaans flexibele elementen die zich om het oppervlak van het product ‘plooien’ voor een goede afdichting. Ze geleiden en positioneren het item tijdens het grijpen en lossen.
• Druk- of vacuümsensoren zijn verantwoordelijk voor het meten het drukverschil in het systeem (de mate van vacuüm). Tot hun takenpakket behoren voorts procesbewaking, feedback en veiligheid (voorkomen loslaten).

Een schuimgrijper wordt gebruikt voor het verplaatsen van vacuümverpakte, onregelmatig gevormde producten

Toepassing

Vingergrijpers worden vooral gebruikt voor het verplaatsen van kwetsbare producten als brood, cakes en gebak, eieren en groenten en fruit. Omdat het om gesloten systemen gaat, zijn ze eenvoudig reinigbaar.

Zachte vacuümgrijpers

Bij een zachte vacuümgrijper wordt gebruikgemaakt van een combinatie van onderdruk, overdruk en flexibele, zachte materialen om objecten voorzichtig op te nemen en vast te houden.

Werkingsprincipe

Hier beschikt de grijper over één of meerdere holle compartimenten dan wel over zuignappen van een zacht materiaal. Als de lucht is weggezogen, zorgt het drukverschil tussen de buitenlucht en de ruimte in de grijper voor een stevige, maar zachte grip. Er zijn ook grijpers waarbij een lage overdruk de vingers laat samendrukken, terwijl een onderdruk de vingertoppen wat meer spreidt. Dit verhoogt de positioneerbaarheid.

Kerncomponenten

• Een zachte grijperstructuur met vingers of zuignappen zorgt voor contact met het product en past zich aan de vorm daarvan aan.
• De vacuümkamer is een holle ruimte in de grijper waarin een vacuüm dan wel overdruk wordt gecreëerd. De kamer is een integraal onderdeel van de grijperstructuur en wordt soms versterkt met interne ribstructuren.
• De afdichtingsrand is vervaardigd uit materiaal met goede afsluiteigenschappen en staat garant voor een hermetische afdichting met het productoppervlak.

Toepassingen

Zachte vacuümgrijpers zijn breed inzetbaar variërend van bakkerijproducten, groenten en fruit tot snacks, zuivelproducten en verpakte voedingsmiddelen. Ze worden met name ingezet daar waar een combinatie van snelheid, hygiëne en productbescherming van belang is.

Zuignapgrijpers

Een zuignapgrijper – uitgerust met al naargelang ronde, ovale, platte of balgvormige zuignappen − is breed inzetbaar; per applicatie moet worden beoordeeld welke type zuignap het geschiktst is.

Een modulaire vacuümgrijper kan, applicatie-afhankelijk, worden uitgerust met verschillende grijparmmodules, zuignappen of kappen

Werkingsprincipe

Nadat de zuignap op het oppervlak is geplaatst, wordt de tussenliggende lucht weggezogen en wordt het product aangedrukt tegen de aan een robot of machine vastzittende zuignap. Door lucht onder de zuignap te brengen wordt het vacuüm opgeheven en komt het object vrij. Dit kan worden versneld via een extra blow-off in de vorm van een pufje perslucht.

Kerncomponenten

• De zuignap vormt het contactpunt met het item en creëert een luchtdichte afsluiting voor het vacuüm.
• De drager verbindt de zuignap met de grijperarm of robot, en zorgt voor mechanische sterkte en positionering.
• De afdichtingsslip (bij geavanceerde zuignappen, vaak geïntegreerd in de zuignap) verbetert de vacuümkracht bij ruwe of licht gebogen oppervlakken.

Toepassing

Ook zuignapgrijpers kennen een breed toepassingsgebied, vergelijkbaar met dat van zachte vacuümgrijpers.

Noot: Zachte vacuümgrijpers en zuignapgrijpers worden vaak in één adem genoemd, maar er bestaan duidelijke verschillen in ontwerp, materiaalgebruik en toepassingsmogelijkheden – zie de tabel voor een overzicht.

Trends & ontwikkelingen

Artificial intelligence (AI)

AI-integratie maakt samenwerking mogelijk tussen het kwartet mobility (bijvoorbeeld een robotarm voor de verplaatsing), vision (sensortechniek ten behoeve van productidentificatie en -lokalisering), brain (een software voor de besturing en gegevensverwerking, en hands (de grijpers zelf). Ook wordt gewerkt aan grijpers die zich dankzij machine learning weten aan te passen aan de productcontouren. In combinatie met sensortechnologie wordt het mogelijk de vacuümkracht automatisch aan te passen aan het type product.

Energiezuinige vacuümgrijpersystemen

Uit duurzaamheidsoverwegingen wordt in toenemende mate gewerkt aan econozzles en geavanceerde ejectoren (zie kader), alsook aan systemen met lekcompensatie in de vorm van automatische vacuümregeling. Ook zijn er tegenwoordig ejectoren op de markt die werken volgens een meertrapsventuri, bestaande uit meerdere Venturi-trechters waarmee de snelheid van een gas stapsgewijs wordt verhoogd. Aldus kan met 1 liter perslucht circa 3 liter vacuüm worden gecreëerd.

Vacuümpomp versus ejector
Een vacuümpomp verwijdert gasmoleculen uit een afgesloten ruimte om tot een (gedeeltelijk) vacuüm te komen; in de voedingsindustrie betreft het meestal een onderdruk van 1 tot 10⁻³ mbar (middenvacuüm, zie ook de tabel). Daarvoor worden mechanische pompen gebruikt die werken volgens een verdringingsmechanisme: roterende schoepen, klauwen, zuigers of schotten ‘vangen’ het aanwezige gas en voeren dat af.
Een ejector werkt volgens het Venturi-principe: perslucht die met hoge snelheid door een smalle opening stroomt, vormt een lagedrukzone die omgevingsgas uit het aangesloten systeem aanzuigt. De ejector wordt gevoed via een relatief dunne persluchtleiding en aangestuurd door een standaard pneumatisch ventiel. Intelligente ejectoren genereren door actieve meting van het vacuümniveau alleen vacuüm wanneer nodig. Omdat ejectoren dicht bij het product kunnen worden geplaatst, is er minder vacuümvolume in het systeem nodig.

Intelligente besturing en cloudintegratie

Door vacuümgrijpers te koppelen aan intelligente besturingssystemen en cloudgebaseerde platforms wordt real time gegevensverzameling en monitoring op afstand mogelijk. Verder optimalisering is mogelijk door de beide digitale technologieën te combineren met AI. Wanneer bekend is dat een component overmatig slijt dan kan AI door onder meer patroonherkenning en root cause analysis verbanden leggen en (een) oplossing(en) aandragen.

Modulaire grijpers

Een modulaire vacuümgrijper kan, applicatie-afhankelijk, worden uitgerust met verschillende grijparmmodules, zuignappen of kappen. Dit maakt snelle herconfiguratie mogelijk, ideaal voor short batch production of high mix/low volume. Er wordt gewerkt aan de ontwikkeling van meervoudige grijpersystemen: één grijper met meerdere zuignappen voor het gelijktijdig hanteren van meerdere producten dan wel een centrale grijper gecombineerd met kleinere ‘satelliet’-modules. Hiervoor is een brede range aan zuignappen beschikbaar, elk geschikt voor een specifieke toepassing.

Met medewerking van Gripping & Handling Solutions, Pneutec, Pneuvano, Schmalz en SMC