Il vetro da costruzione, il vetro per automobili o altri vetri speciali sono i segmenti più vasti della crescente industria del vetro piano. I fattori di crescita come l’innovazione tecnologica e il consumo di energia mettono in discussione le proprietà dei vari prodotti in vetro e dei loro processi di produzione.
Il progresso tecnico porta sempre a requisiti nuovi e impegnativi. I substrati stanno diventando più sottili che mai; i materiali variano da superfici flessibili e fragili a superfici trattate in modo speciale (es. con adesivo). Di volta in volta, i processi vengono eseguiti in ambienti ad alta temperatura. Tutto ciò porta a un’ulteriore richiesta di sofisticate soluzioni di movimentazione.
Le sfide nella lavorazione del vetro
Sono già disponibili sistemi di movimentazione senza contatto per prevenire graffi, segni o danni, spesso con l’aiuto di cuscinetti ad aria. Tuttavia, c’è ancora il rischio che particelle si depositino sulla superficie a causa del movimento nell’aria. Inoltre, spesso non è possibile garantire la planarità con materiali di forma instabile. Per alcuni processi, come l’ispezione della superficie, il materiale deve essere il più piatto possibile per evitare errori di valutazione. Con l’aiuto del cuscinetto a ultrasuoni brevettato, i substrati possono galleggiare in modo uniforme su una pellicola d’aria generata dalle vibrazioni e quindi essere mantenuti piatti e privi di contatto durante la manipolazione. Oltre alla presa, è possibile anche un appoggio flottante durante il trasporto continuo di vetri sottili.
Come funziona la tecnologia a ultrasuoni?
Il movimento ultrasonico del cosiddetto Sonotrode crea un film di gas di supporto (aria o gas di processo) tra la superficie del Sonotrode e il substrato. Il substrato galleggia sulla pellicola di gas risultante a intervalli di 10 – 150μm, a seconda dell’applicazione. In casi speciali, possono essere raggiunte anche altezze di volo stazionarie più elevate. Utilizzando le forze di galleggiamento dovute al vuoto, è possibile anche la movimentazione dall’alto. In questo modo si evita qualsiasi contatto meccanico superficiale.
La fisica del cuscinetto ultrasonico risulta dalla dinamica del flusso e non dai principi acustici. La pressione del gas nello spazio tra il pezzo e la superficie vibrante aumenta a causa della compressione e decompressione cicliche della sottile pellicola di gas. È quindi necessario realizzare uno schema di oscillazione uniforme per generare forze fluttuanti costanti su tutto il sonotrodo. Le vibrazioni non vengono trasmesse ai supporti e non comportano alcun deterioramento del materiale del supporto.
Vantaggi
Con le forze repulsive dei cuscinetti ad ultrasuoni, il substrato può essere spostato senza alcun attrito anche a velocità molto elevate. In combinazione con il vuoto, possono essere applicate forze attrattive simultaneamente, il che consente la manipolazione dall’alto. Inoltre, i materiali flessibili possono essere “levigati” senza contatto con questa tecnica, ovvero possono essere tenuti in una posizione centrata uniformemente.
Il profilo di forza dei sistemi di movimentazione ZS-Handling è simile a quello di un cuscinetto ad aria convenzionale, ma non è richiesta l’alimentazione di aria compressa. Ciò significa, ad esempio, che in un ambiente cleanroom il flusso d’aria laminare – a differenza delle pinze Bernoulli – non è disturbato da elevate velocità di flusso, nessuna particella può penetrare attraverso l’aria esterna o attraverso i tubi e nelle nuove linee di produzione i costi per l’alimentazione dell’aria compressa può essere salvato.
I requisiti di purezza per la produzione e la lavorazione del vetro sono molto elevati. I sistemi di manipolazione di ZS-Handling possono essere utilizzati nelle classi di camere bianche fino a ISO 1.
La manipolazione su superfici lavorate o rivestite è possibile senza contatto, consentendo più gradi di libertà nel processo e nella progettazione della macchina. Durante la manipolazione si ottiene anche un elevato livello di planarità del supporto. I sistemi possono essere utilizzati in tutti i processi atmosferici e in processi di vuoto parziale fino al 20%. Ciò richiede meno risorse, come energia o aria compressa, rispetto a un cuscinetto ad aria standard. Ciò ha un effetto positivo sul bilancio energetico e dei costi per i sistemi di movimentazione di ZS-Handling.
Un altro vantaggio è il controllo della temperatura opzionale del sistema di movimentazione di ZS-Handling. Per realizzare i processi di essiccazione in modo ottimale, i bicchieri vengono spostati attraverso diverse zone di riscaldamento e raffreddamento. Un controllo preciso della temperatura è necessario per un risultato di processo ottimale. Ad esempio, nella prima zona la temperatura è regolata tra 40 e 100 °, nella seconda tra 80 e 180 °. I piani del tavolo ad ultrasuoni sono riscaldati dal lato inferiore con un radiatore a infrarossi in ceramica. Inoltre, ogni tabella è ulteriormente suddivisa in zone di riscaldamento controllate individualmente. Nella terza zona i tavoli sono raffreddati da un circuito ad acqua di raffreddamento sotto il piano del tavolo.
Requisiti esemplificativi di un caso d’uso:
il substrato di vetro, che deve essere afferrato con una pinza e depositato nuovamente, ha una dimensione di 1500 x 925 mm e uno spessore di 200 μm. È flessibile e si compone di quattro strati laminati (PET / PET / PI / PET). La planarità prima della presa è di ca. +/- 0,5 mm. La pellicola di vetro deve essere afferrata, controllata con telecamere di ispezione e depositata in un altro luogo.
La soluzione di ZS-Handling
La soluzione ZS-Handling include la pinza RobotOverhead inclusi supporto ed elettronica. Consiste di tre sonotrodi con camera a vuoto, tenuti insieme in un alloggiamento. Per produrre una repulsione uniforme mediante ultrasuoni e aspirazione mediante vuoto, molti piccoli fori sono distribuiti sul sonotrodo. Questo leviga anche la pellicola di vetro. In totale, la pinza misura 1600 x 1025 mm con aperture laterali per battute, sensori e telecamere per l’ispezione. L’altezza è di ca. 100 mm, con ventilatori e valvole per l’accensione e lo spegnimento del vuoto ca. 250 mm. Con le oscillazioni ultrasoniche uniformi del sonotrodo, è possibile ottenere una planarità di +/- 75 μm sull’intero substrato.
Riepilogo
La sequenza completa del processo nella produzione e lavorazione del vetro è completamente automatizzata. Con l’aiuto delle oscillazioni ultrasoniche, il vetro sottile viene mantenuto in posizione piatta sulla pellicola d’aria generata in modo uniforme, in modo da evitare graffi o qualsiasi altro contatto. Inoltre, il flusso d’aria laminare nella camera bianca non è ostacolato dalla turbolenza, impedendo così il trasferimento di particelle.
