Eénstationaire roterende spoelinstallaties: het geval onder 300 kg

Overzicht

Een enkelstationaire roterende wasmachine is de minst indrukwekkende machine in een reinigingsafdeling en verschijnt het meest in fabrieken die veel onderdelennummers in matige volumes verwerken. Het onderdeel wordt ingebracht, de fixture draait, vaste sproeiers rondom de kamer spoelen het vanuit verschillende richtingen af, en het onderdeel komt er weer uit. Het gehele proces vindt op één locatie plaats.

Het voordeel ligt niet in de snelheid. Een meerstationaire lijn zal het altijd overtreffen wat betreft doorvoer bij één onderdeel met hoog volume. Het voordeel is dat één machine een breed scala aan onderdelen kan verwerken met een wijziging van de fixture en een wijziging van het programma, binnen een voetprint die past in een werkstation in plaats van een hal.

Big Bird Industrial (voorheen Shimada Big Bird Industrial) bouwt sinds 2001 reinigings- en ontbramingssystemen voor automotive aandrijflijncomponenten, en de machines met één station uit die reeks worden precies voor deze toepassing gebruikt: gemengde onderdeelfamilies, matige productievolume en een werkelijke, maar niet extreme reinheidseis.

1. Wat een enkelstation eigenlijk is

Het kenmerkende aspect is dat alle processtappen op één positie achtereenvolgens plaatsvinden, zonder dat het onderdeel de fixture verlaat.

Één fixture, meerdere stappen

Wassen, spoelen, afblazen en drogen gebeuren in dezelfde kamer, terwijl het onderdeel één keer wordt vastgeklemd. Dat beperkt de handelingen tot één keer laden en één keer lossen, wat een belangrijk deel van de arbeidsbesparing oplevert, en elimineert de herpositioneringsfout die optreedt wanneer een onderdeel tussen stations wordt verplaatst.

Rotatie in plaats van nozzleverplaatsing

De installatie draait het onderdeel rond via een ring met vaste spuitmonden in plaats van de spuitmonden rond een stilstaand onderdeel te bewegen. Deze opstelling is mechanisch eenvoudig: één aandrijving, één set spuitmonden en geen robot. Daarom is de machine ook betaalbaar bij lage productievolume, omdat de beweging roterend is en de dekking voortkomt uit de geometrie van de ring.

2. Wat rotatie oplevert

Rotatie is niet alleen een manier om oppervlakken te presenteren. Het verandert ook hoe vloeistof zich gedraagt op het onderdeel, wat de reden is dat rotatie zowel bij het drogen als bij het wassen wordt toegepast.

Dekking door geometrie

Een onderdeel dat binnen een ring van spuitmonden draait, presenteert zijn volledige omtrek in één omwenteling aan dezelfde stralen. De spuitmonden kunnen onder een hoek worden geplaatst om vlakken, boringen en holtes op verschillende momenten tijdens de rotatie te raken, waardoor de ring kan worden afgestemd op een familie onderdelen in plaats van op één specifiek onderdeel.

Afdrenken en centrifugaal afstoten

Een draaiend onderdeel verwijdert water van oppervlakken die het zouden vasthouden wanneer stilstaand, en een snelle draaibeweging aan het einde van de cyclus slingert de vloeistof eraf in plaats van te wachten tot deze druppelt. Daarom drogen roterende machines beter dan zou worden gesuggereerd door hun luchtdruk.

3. Het batchbereik waarbij het voordelig is

De machine is voordelig wanneer het volume per onderdeelnummer te laag is om een lijn te rechtvaardigen, maar te hoog om handmatig reinigen te rechtvaardigen.

Proef- en kleinvolumeproductie

Transmissieproefonderdelen, preproductiebouwsels en kleinvolumevarianten vallen allemaal onder dezelfde categorie: de onderdelen zijn echt, de reinheidseis is echt, en het jaarlijkse volume is onvoldoende om een lijn te amortiseren. Een enkelstationmachine die is gebouwd voor een familie van dergelijke onderdelen dekt ze allemaal af met een fixture en een programma per onderdeel.

Waar een cyclus van twee tot tien minuten acceptabel is

Een roterende machine met één station die meerdere fasen achtereenvolgens uitvoert, produceert een cyclus die wordt gemeten in minuten in plaats van seconden. Dat is aanvaardbaar bij een productievolume van enkele honderden onderdelen per week, maar onaanvaardbaar bij een volume van enkele honderden per uur. De grens is rekenkundig en dient te worden berekend voordat de lay-out wordt opgesteld.

4. Waar het ophoudt de juiste oplossing te zijn

Boven een bepaald volume wordt de sequentiële structuur de flesnek, omdat elke fase moet wachten op de vorige. Een lijn waarbij spoelen en drogen gelijktijdig in parallelle stations op verschillende onderdelen plaatsvinden, produceert één onderdeel per cyclusduur; een enkel station produceert één onderdeel per som van de cyclusduur.

De andere limiet is de massa van het onderdeel. Rotatie vereist een spanvorziening die het onderdeel kan vasthouden en een aandrijving die het kan draaien. Boven enkele honderden kilogram stijgen de eisen voor aandrijving, klemming en veiligheid sneller dan het voordeel voor de doorvoer, waardoor het hanteren wordt overgenomen door een kraan en een kar op een grotere machine.

5. Gereedschap en wisseling

Op een machine die een onderdeelfamilie bewerkt, is de gereedschapsinrichting de flexibiliteit. Een spanvorment dat zich op een gemeenschappelijk kenmerk van de hele familie positioneert, met instelbare steunen voor de verschillen, kan binnen enkele minuten worden omgebouwd; een spanvorment dat specifiek voor één onderdeel is gebouwd, vereist uren om te wisselen.

Het programma bevat de rest: toerental, tijdsduur per stadium, welke spuitmonden actief zijn en het draaisnelheidseinde van de droogfase. Op een roterende machine doen deze vier instellingen het grootste deel van de aanpassing, wat verklaart waarom de omstelling op een goed ontworpen unit kort is, zelfs zonder robot die opnieuw geprogrammeerd moet worden.

6. Specificeren van één

Een specificatie voor een eenstationaire roterende wasmachine moet het afmetingsbereik van de onderdeelfamilie geven (lengte, diameter en massa), de stadia en hun tijdsduur, de rotatie- en spindraaisnelheden, de schoonmaaklimiet en het droogcriterium, en de omsteltijd tussen twee genoemde onderdelen.

De twee cijfers die het vaakst worden weggelaten, zijn de spinsnelheid aan het einde van het droogproces en de wisseltijd. Het eerste bepaalt of de droogheidseis überhaupt haalbaar is, en het tweede bepaalt of de machine daadwerkelijk dient voor het gezin waarvoor hij is aangeschaft. Een derde waardevol cijfer om toe te voegen is de tijd die nodig is om vanuit koude toestand de werktemperatuur te bereiken, omdat bij een machine die af en toe wordt gebruikt deze waarde bepaalt hoeveel van de werktijd effectief productief is.

7. Energie, water en badgrootte

Een machine met één station heeft een klein bad, en dat ene feit bepaalt het grootste deel van zijn bedrijfsgedrag in beide richtingen.

Waarom een klein bad een voordeel is

Een klein volume warmt snel op, wat betekent dat de machine kort na het starten klaar is in plaats van pas na een uur. Het betekent ook dat een badwisseling weinig kost aan chemie en stilstandtijd, zodat het bad vaker kan worden vernieuwd in plaats van langdurig te worden uitgerekt. Bij werk met lage volumes is dat een echt voordeel, want een bad dat dagenlang ongebruikt blijft, verslechtert toch al.

Waarom dit ook een beperking is

Een kleine tank heeft weinig buffercapaciteit tegen verontreiniging. Een partij sterk geoliede onderdelen kan de tank binnen één ploegendienst belasten, en de machine heeft geen reserve om deze belasting te verdunnen. De praktische consequentie is dat filtratie en oliescheiding op een kleine machine relatief veel belangrijker zijn dan op een grote machine, en dat hieraan besparen de meest voorkomende reden is waarom een enkelstationreiniger ondermaats presteert.

Hetzelfde geldt voor de spoelstap. Op een kleine machine is ook de spoeltank klein, en als deze wordt gevoed uit de wastank in plaats van uit een aparte aanvoer, bereikt hij binnen enkele cycli het verontreinigingsniveau van de wastank. Een apart spoelcircuit met eigen filtratie is bij dit type apparatuur geen luxe; het is het verschil tussen echt spoelen en het opnieuw natmaken van het onderdeel met vuist vloeistof.

De deuropening is de andere energieoverweging. Elke belading brengt warmte en vocht in de ruimte, en een machine die meerdere malen per uur wordt doorlopen verliest meer energie via de deur dan via de wanden. Dat is één reden waarom een eenstationaire machine beter geschikt is voor matige dan voor hoge cyclustellingen: boven een bepaalde frequentie worden de verliezen via de opening de overheersende factor. Het afvoeren van vocht via de deuropening, in plaats van via het plafond van de kamer, vangt dat vocht op waar het vrijkomt en houdt de ruimte droger.

Veelgestelde vragen

Kan een eenstationaire machine een limiet van 2 mg bereiken?

Bij een onderdeel zonder ingesloten kanalen: soms. Bij een onderdeel met een watermantel of een oliekanalen is de cruciale fase het afsluiten met een plug of het spoelen met een ingebrachte stroming; een eenvoudige roterende machine beschikt niet over deze functies.

Is rotatie beter dan een vast onderdeel met bewegende spuitmonden?

Rotatie is goedkoper en mechanisch eenvoudiger. Bewegende spuitmonden bereiken kenmerken die een ring niet kan bereiken, wat ook de reden is waarom hogedrukkamers lansvormige spuitmonden gebruiken in plaats van een roterende opstelling.

Hoeveel onderdelen per uur kan het produceren?

Dat hangt volledig af van de som van de tijden per fase. Een vijfminutensequentie levert maximaal twaalf onderdelen per uur op; een tweeminutensequentie levert er dertig. Het cijfer moet altijd samen met de sequentie worden vermeld, niet losstaand.

Heeft het een robot nodig voor het laden?

Niet noodzakelijkerwijs. Veel machines worden handmatig geladen omdat het onderdeel licht is en het volume bescheiden, en handmatig laden is vaak sneller dan een robot bij onregelmatige presentatie.

Conclusie

Een enkelstationaire roterende wasmachine is de juiste machine wanneer de onderdeelfamilie breed is, het volume per onderdeel bescheiden en de vloeroppervlakte beperkt. Rotatie zorgt voor volledige bedekking en afvoer met één aandrijving in plaats van een robot.

Het is niet meer de juiste oplossing wanneer de som van de fasetijden de takttijd niet kan halen of wanneer de massa van het onderdeel te groot wordt voor de fixture. Beide limieten zijn van tevoren berekenbaar, wat precies de reden is om ze in de specificatie op te nemen.