Blogbeitrag - Pneumatikmotor

(Blogbeitrag, November)

DEPRAG stellt die passende Auslegung eines Pneumatikmotors für jede Anwendung sicher

Stufenlose Drehzahlanpassung durch Veränderung der Luftmenge oder des Betriebsdrucks

Wickelantriebe finden sich in vielen Produktionsprozessen: sie wickeln Endlosmaterial vor oder nach der Bearbeitung auf Spiralen, Rollen, Haspeln oder Ballen. Das Spektrum der zu wickelnden Materialien reicht dabei von Rohpapier mit bis zu zehn Metern Breite über dünne Folien mit einer Dicke von 6 μm bis hin zu Kohlefaserfäden mit geringer Elastizität und extremer Reißfestigkeit. Jedes zu wickelnde Material stellt aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften wie Oberfläche, Härte, Zugfestigkeit, Querschnittsprofil oder Dichte unterschiedliche Anforderungen an den Wickelantrieb. Papierbahnen beispielsweise werden bei einem Rollendurchmesser von etwa zwei Metern bei einer hohen Geschwindigkeit von bis zu 2.000 m/min aufgespult. Folien sind empfindliche Materialien, die sehr präzise auf- oder abgewickelt werden müssen. Das Wickeln von Metallen führt dagegen zu hohen Massen, die wiederum den Wickelprozess beeinflussen. Druckluftmotoren sind sichere und robuste Antriebssysteme, die sich für den Wickelprozess als Antriebslösung anbieten. Sie werden in der Fachliteratur auch als Pneumatikmotor bezeichnet.

Ein Lamellenmotor besteht aus einem Rotor, der in einer exzentrisch versetzten Bohrung im Rotorzylinder umläuft. Die Lamellen im Rotor werden mittels Fliehkraft an die Rotorwand gedrückt und bilden so die Arbeitskammern. In diesen Arbeitskammern expandiert die verdichtete Druckluft, Druckenergie wird in kinetische Energie umgewandelt - der Rotor dreht sich.

Ein Pneumatikmotor charakterisiert sich dadurch, dass sich die Drehzahl bei Lastveränderung automatisch anpasst. Bei völliger Entlastung arbeitet der Pneumatikmotor im Leerlauf. Wenn eine geringe Last entgegensteht, also ein geringes Drehmoment an der Motorspindel ansteht, liegt seine Arbeitsdrehzahl nahe der Leerlaufdrehzahl. Die Arbeitsdrehzahl verringert sich, sobald das Drehmoment ansteigt. Bei 50 Prozent der Leerlaufdrehzahl erreicht der Pneumatikmotor seine maximale Leistung. "Dies ist auch der optimale Arbeitsbereich des Druckluftmotors. Im Bereich von 40-50% der Leerlaufdrehzahl arbeitet der Pneumatikmotor besonders energieeffizient. Ein Kriterium auf das wir bei der Motorenauslegung besonderes achten", erläutert DEPRAG Produktmanagerin für Pneumatikmotoren Dagmar Dübbelde.

Darüber hinaus kann der pneumatische Motor im Vergleich zum Elektromotor problemlos bis zum Stillstand belastet werden. Nach Reduzierung der Last läuft der Pneumatikmotor sofort wieder an. In der Kennlinie wird ein weiterer Vorteil von Druckluftmotoren gegenüber Elektromotoren deutlich: Während Elektromotoren beim Maximalmoment (Abwürgemoment) ihren höchsten Stromverbrauch haben, sinkt der Energiebedarf (Luftverbrauch) von Pneumatikmotoren bei ansteigendem Drehmoment. Zudem ist Druckluft grundsätzlich ein unproblematischer Energieträger. Es entstehen keinerlei Gefahren durch elektrische Leitungen oder sonstige Elektrizität, Kurzschluss ist ausgeschlossen.

Die DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. KG aus Amberg hat sich in der Branche zu einem kompetenten Partner für Pneumatikmotoren und Druckluftwerkzeuge etabliert und bietet Pneumatikantriebe wie Druckluftlamellenmotoren, Turbinen und Zahnradmotoren für jede erdenkliche Anwendung an. Die robusten, effizienten Pneumatikmotoren stimmt das Unternehmen hinsichtlich dem gewünschten Drehmoment und der Arbeitsdrehzahl auf jede Anwendung und speziell auch für Wickelantriebe ab.

Lamellenmotor auf Maximaldrehmoment ausgelegt

Zwei Faktoren sind für die Auslegung des Pneumatikmotors entscheidend: Die gewünschte Wickelgeschwindigkeit und das Maximaldrehmoment. Zur Berechnung des Maximaldrehmoments wird der größtmögliche Rollendurchmesser, d.h. die Rolle im komplett aufgewickelten Zustand, zur Berechnung herangezogen. Die Wickelgeschwindigkeit soll auch im voll aufgewickelten Zustand sichergestellt sein. Wenn jedoch die Rolle weniger Material trägt, der Rollendurchmesser kleiner wird, wickelt der Pneumatikmotor das Wickelgut automatisch schneller – die Arbeitsdrehzahl passt sich entsprechend der Last (dem geringeren Drehmoment) an. Dreht der Pneumatikmotor zu schnell, kann diese Drehzahl durch Veränderung der Luftmenge, des Betriebsdrucks oder einer Kombination aus beiden stufenlos angepasst werden.

Regelung der Drehzahl beim Pneumatikmotor durch die Luftmenge

Durch die Regelung der Luftmenge lässt sich die Drehzahl des Pneumatikmotors einfach und flexibel reduzieren. Hierfür gibt es, je nach Anwendungssituation, wiederum zwei Möglichkeiten: Zuluftdrosselung oder Abluftdrosselung. Durch Abluftdrosselung verringert sich die Drehzahl des Pneumatikmotors ohne die Leistung bzw. das Drehmoment des Pneumatikmotors nennenswert herabzusetzen. Ein Drosselventil hält die Abluft zurück und erzeugt so einen Stau- oder Gegendruck – die Drehzahl verringert sich.

Möchte man dagegen zusätzlich zur Drehzahl des Luftmotors auch die Leistung bzw. das Drehmoment des Pneumatikmotors verringern, dann empfiehlt es sich die Zuluft zu drosseln. Eine weitere Anforderung in einer Wickelanwendung könnte sein, das Endlosmaterial beim Wickeln straff zu halten. Dabei muss die Druckluft zum "Straffhalten" am Pneumatikmotor dauerhaft anstehen. Um den Luftverbrauch zu senken, wird der Pneumatikmotor zuluftgedrosselt mit einem herabgesetzten Betriebsdruck betrieben und entsprechend der Anforderung energieeffizient ausgelegt.

Drehzahlregelung beim Pneumatikmotor durch den Betriebsdruck

Neben der Regulierung der Luftmenge lässt sich die Drehzahl auch über den Betriebsdruck herabsetzen. Die technischen Daten der DEPRAG Druckluftantriebe basieren auf einem Betriebsdruck von 6 bar. Jeder DEPRAG Pneumatikmotor kann beliebig zwischen 4 und 6,3 bar betrieben werden, um die Drehzahl und das Drehmoment zu regeln. Eine Reduzierung des Betriebsdrucks kann immer dann sinnvoll sein, wenn der Pneumatikmotor für das Wickelgut (z.B. Papier) zu leistungsstark ist. Beispielsweise könnte es sein, dass der Pneumatikmotor so "stark" ausgelegt ist, dass das Papier bei der Wickelung reißen würde. Mit Hilfe der Zuluftdrosselung kann dann auch die Leistung des Pneumatikmotors so verringert werden, dass ein Abreißen verhindert wird. Die Herabsenkung des Betriebsdrucks um 1 bar bewirkt eine Reduzierung des Drehmoments um 17%. Betreibt man einen Pneumatikmotor bei 4 bar, verringert sich das Drehmoment um 33%.

In einer Wickelanwendung kann der Pneumatikmotor, der mit 4 bar betrieben wird, z.B. für die leerer werdende Rolle immer noch zu stark sein. Um den Drehmomentbereich des Pneumatikmotors noch weiter auszunutzen, bietet die DEPRAG die Möglichkeit, den Pneumatikmotor mit federbelasteten Lamellen, den sogenannten Zwangsanlauflamellen auszustatten. Mit Hilfe dieser Lamellen mit Schenkelfeder ist es möglich, den Pneumatikmotor sogar mit einem Betriebsdruck von weniger als 1 bar zu betreiben. Produktmanagerin Dagmar Dübbelde erläutert dies so: "Wenn man einen Pneumatikmotor startet, müssen die Lamellen mittels Fliehkraft zunächst nach außen kommen, um die Arbeitskammern zu bilden. Dies dauert einen Bruchteil von Sekunden. Mit  Zwangsanlauflamellen, d.h. Lamellen, die mit Schenkelfedern gegen die Rotorzylinderwand gedrückt werden, sind die Arbeitskammern bereits gebildet. Der Leistungsstellbereich des Pneumatikmotors (von 0 Watt bis zur Maximalleistung) kann nahezu vollständig ausnutzt werden – ideale Voraussetzungen für einen Wickelantrieb".

Für die Anwendung als Wickelantrieb bietet der Pneumatikmotor weitere Vorteile. So ist die Leistungsdichte des Druckluftmotors sehr hoch. Darüber hinaus benötigt ein Pneumatikmotor nur zwei Drittel der Baugröße und ein Drittel der Masse eines vergleichbaren Elektromotors.

Ein Pneumatikmotor ist Lebensmittelkonform und Ex-geschützt

Für den Einsatz im Lebensmittelbereich, z.B. in Verpackungsmaschinen müssen Pneumatikmotoren Reinigungsmitteln und Wasserdampf standhalten. Ein Pneumatikmotor der DEPRAG ADVANCED LINE mit Außenteilen aus Edelstahl ist abgedichtet und muss nicht speziell eingehaust werden. Die Abdichtung eines Pneumatikmotors ist sogar so gut, dass der Pneumatikmotor Unter-Wasser eingesetzt werden kann. DEPRAG Pneumatikmotoren können ölfrei, d.h. mit ungeölter Zuluft, betrieben werden. Für die Schmierung der Planetengetriebe verwendet DEPRAG ein lebensmittelkonformes USDA-H1-Fett.

Die Pneumatikmotoren der BASIC LINE und der ADVANCED Line sind zudem ATEX-konform, d.h. für den explosionsgeschützten Bereich zugelassen. Schon durch seine Wirkungsweise ist der Pneumatikmotor für Anwendungen in kritischer Umgebung prädestiniert, denn durch die Entspannung der Luft kühlt entstehende Reibungswärme ab. So wird der Luftmotor unter Last kühl und eine Überhitzung und somit das Zünden von Gasen ist ausgeschlossen. Der innere Überdruck verhindert zusätzlich das Eindringen von Staub und Schmutz.
Darüber hinaus können Pneumatikmotoren, wenn sie mit entsprechenden Lamellen ausgestattet werden, sogar dampfsterilisiert werden – ein Vorteil für die Anwendung in der Medizintechnik. Diese robusten Antriebe eignen desweiteren für kritische Umgebungsbedingungen wie Hitze, Vibration und Staub.

Pressebilder Pneumatikmotor als ZIP zum Download

Copyright Bilder Pneumatikmotor:

Bitte beachten Sie unser Impressum. Einige Bilder unterliegen dem Urheberrecht Dritter. Eine Verwendungder Bilder Pneumatikmotor ohne Angabe der Quelle sowie die Veränderung oder Verwendung für einen anderen Zweck ist nicht gestattet.