Konstruktion: Mehr als heiße Luft

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Der Elektromotor ist zwar die häufigste Antriebsart in der Industrie, jedoch nicht für jede Anwendung die beste Lösung. David Lockett, Geschäftsführer von Huco Dynatork, erläutert die Vorteile eines alternativen Antriebskonzepts mit Luftkraft.

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Der Elektromotor ist zwar die häufigste Antriebsart in der Industrie, jedoch nicht für jede Anwendung die beste Lösung. David Lockett, Geschäftsführer von Huco Dynatork, erläutert die Vorteile eines alternativen Antriebskonzepts mit Luftkraft.

Inmitten der Aufregung um die Industrie 4.0 oder „vierte industrielle Revolution“ vergisst man leicht den Einfluss der Technologien, die für die früheren Transformationen der Industrie maßgeblich waren. In den Anfängen der Industrialisierung waren das zunächst die Wasserkraft und dann die Dampfantriebe. Die zweite industrielle Revolution, deren Merkmal die Massenproduktion ist, wurde durch Elektrizität ermöglicht und hier vor allem durch den Elektromotor. Er befreite die Konstrukteure von umständlichen Riemen- und Wellengebilden, und steuerbare mechanische Leistung wurde verfügbar, wo immer sie gebraucht wurde.

Soweit die Theorie. Elektromotoren sind und bleiben in den meisten Industriezweigen die erste Wahl, aber es gibt durchaus Orte, an denen ihr Einsatz schwierig, teuer oder gar gefährlich ist. Hierzu zählen beispielsweise nasse, schmutzige Prozessumgebungen oder explosionsfähige Atmosphären, in denen Funken von Motoren oder den dazugehörigen Schaltgeräten eine erhebliche Gefahr darstellen.

Hier muss sich die Konstruktion technische Alternativen einfallen lassen und Elektromotoren zum Beispiel in sicherer Entfernung installieren. Dann muss die Leistung allerdings wieder über Wellen und andere mechanische Komponenten der Kraftübertragung an den Ort des Bedarfs gebracht werden.

Eine sichere, einfache und komfortable Alternative sind in vielen dieser Anwendungen druckluftbetriebene Motoren. Dabei hat Luft gleich eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Technologien: Sie ist keine Zündquelle in brennbaren Atmosphären und stellt für die meisten Produkte kein Kontaminationsrisiko dar. Sie lässt sich problemlos über einfache, kostengünstige Rohrleitungen verteilen und ist in den meisten Produktionsumgebungen ohnehin im Einsatz und leicht verfügbar. Zudem sind Druckluftmotoren bei gleicher Leistung oft kleiner als ihre elektrischen Pendants, was bei beengten Platzverhältnissen von Vorteil ist.

Bei den modernen Druckluftmotoren spielen zwei Bauformen eine Rolle:

  1. Lamellenmotoren funktionieren wie eine Turbine. Dabei rotiert ein mit Lamellen bestückter Rotor im Luftstrom, der durch ein Druckgefälle zwischen Ein- und Ausgang des Motorgehäuses entsteht. Lamellenmotoren arbeiten in der Regel mit hoher Drehzahl und erzeugen ein niedriges Drehmoment, vor allem im Bereich unterhalb der Nenndrehzahl. Damit eignen sie sich hervorragend für Anwendungen, die den Betrieb in einem relativ engen Drehzahlbereich erfordern.
  2. Druckluftkolbenmotoren hingegen haben Hubkolben, die eine zentrale Welle in eine Drehbewegung versetzen – ähnlich wie beim Benzin- oder Dieselmotor. Sie erzeugen beim Anlaufen ein maximales Drehmoment und sind damit ideal für Anwendungen mit häufigem Anhalten und Anfahren, insbesondere unter Last. Diese Bauart hat einen sehr hohen Wirkungsgrad, weil der Luftaustritt durch den Motor auf ein Minimum reduziert ist. Kolbenmotoren verbrauchen bis zu 80 Prozent weniger Luft als Lamellenmotoren vergleichbarer Leistung. Der nahezu sofortige Start/Stop und Umpolung ermöglicht außerdem eine sehr genaue Kontrolle über die Drehposition der Welle und ist somit optimal für Vorschubanwendungen und andere Automatisierungsaufgaben, bei denen es auf Präzision ankommt.

Vor allem aber sind Druckluftmotoren unkompliziert und zuverlässig. Sie überhitzen nicht und nehmen keinen Schaden, wenn sie unter Last angehalten werden. Sie enthalten nur wenige bewegliche Teile und erfüllen ohne komplexe Steuerungen oder zusätzliche Getriebekomponenten die verschiedensten Bewegungsaufgaben. Die Druckluftmotoren von Huco Dynatork decken beispielsweise den Drehzahlbereich von 0 bis über 800 min-1 und Drehmomente bis 15 Nm ohne zusätzliche Getriebeuntersetzung ab. Sie sind in Aluminium-, Edelstahl- oder Acetalausführung lieferbar. Mit Edelstahl- oder Acetalgehäuse eignet sich der Motor besonders für Umgebungen, in denen regelmäßig eine Generalreinigung durchgeführt wird. Acetal ist durch seine hohe Beständigkeit gegenüber aggressiven Substanzen und chlorhaltigen Reinigungsmitteln hervorragend für den Einsatz in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie geeignet.

Da Druckluftmotoren nicht von Elektrizität abhängig sind, erzeugen sie im Betrieb keine elektromagnetischen Felder. Spezialmotoren, die ohne magnetische Komponenten auskommen, werden für Sonderanwendungen gebraucht, zum Beispiel MRT-Scanner, wissenschaftliche Apparate und militärische Anwendungen, bei denen elektromagnetische Emissionen vermieden werden müssen.

Moderne mit Druckluft betriebene Kolbenmotoren beruhen auf seit Generationen bewährter Technologie und sind mit allen Automatisierungsanforderungen der Industrie 4.0 kompatibel. Eingebunden in pneumatische oder elektronische Regelkreise erreichen sie höchste Präzision und lassen sich hervorragend über moderne Fernbedienungssysteme ansteuern. Die Druckluftmotoren von Dynatork arbeiten mit sauberer, trockener Luft, sind geräuscharm und mit ihrem geringen Luftverbrauch zudem besonders umweltfreundlich.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=Y4l9uZGQDrU&feature=youtu.be

Bild: Druckluftkolbenmotoren haben Hubkolben, die eine zentrale Welle in eine Drehbewegung versetzen – ähnlich wie beim Benzin- oder Dieselmotor.

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