Niezawodność, sprawność i efektywność systemów pneumatyki oraz elektropneumatyki zależą od wielu czynników, w tym od pneumatycznych złączy wtykowych. Ich rodzaj, konstrukcja i materiały, z jakich zostały wykonane, mają istotny wpływ na oszczędności sprężonego powietrza, minimalizację wycieków oraz skrócenie czasu przestojów.

Złączki pneumatyczne są używane do łączenia odcinków rur, rurek i węży w systemach pneumatycznych (sprężonego gazu). Specjaliści zwracają uwagę, że w porównaniu z hydrauliczną, pneumatyczna armatura charakteryzuje się zazwyczaj mniejszymi uszczelnieniami i niższymi wymaganiami ciśnieniowymi. Jest często stosowana w zakładach przemysłowych w pneumatycznych układach sterowania i oprzyrządowaniu.

Złączki pneumatyczne – przykłady z oferty rynkowej

Przewody pneumatyczne mocowane są za pomocą różnych metod łączenia, z których każda ma swoje zalety, ale też ograniczenia. Stosuje się różne rozwiązania konstrukcyjne i materiały, począwszy od stosunkowo prostych łączników gwintowanych lub zaciskowych, po różnego rodzaju szybkozłączki.

Należy zwrócić uwagę, że nawet stosunkowo proste połączenia są obecnie modernizowane i ulepszane. Przykładem są połączenia gwintowe, w których stosuje się gwinty stożkowe zaprojektowane tak, aby zapewnić uszczelnienie, co jest ważne w zastosowaniach pneumatycznych. Jeśli to możliwe, unika się stosowania dodatkowych szczeliw, które w niektórych zastosowaniach mogą być źródłem zanieczyszczenia lub wystąpienia korozji.

Połączenia wtykowe i skręcane stosuje się jako elementy złączne i przyłączeniowe w celu łatwego, a także wielokrotnego łączenia przewodów oraz węży pneumatycznych. W przypadku łączenia rur wykonanych z aluminium, miedzi i PE stosuje się złączki, przyłączki oraz kształtki z pierścieniem zacinającym i tulejami wzmacniającymi, co poprawia szczelność. Złączki wtykowe i skręcane w zastosowaniach specjalnych, w których wymagana jest czystość oraz odporność na agresywne czynniki zewnętrzne, np. w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, spożywczym itp., stosuje się w wykonaniach typu: INOX, PP (polipropylen), PVDF (polifluorek winylidenu) oraz PFA.

Jest z czego wybierać, ponieważ w ofertach wyspecjalizowanych dystrybutorów znajdują się tysiące produktów. Na przykład w firmie Air-Com Pneumatyka-Automatyka w dziale złączek wtykowych i skręcanych można znaleźć ponad 12 tys. elementów. Wśród nich znajdują się np. złączki wtykowe Sanga typu standard 3–16 mm, dostępne w różnych wykonaniach, czyli złączki i przyłączki proste z gwintem zewnętrznym i wewnętrznym, kątowe (w wersji standard i długiej), obrotowe, trójniki wtykowe typu T i typu Y, kolektory, złączki grodziowe proste i kątowe, czwórniki wtykowe typu X, złączki wtykowe redukcyjne, adaptery wtykowe, zaślepki do złączek wtykowych, złącza wtykowe 45° i inne, pozwalające na wykonanie dowolnych połączeń pomiędzy elementami pneumatyki. Jak podaje firma, wersja obrotowa złączki wtykowej typu standard zabezpiecza przewody i węże pneumatyczne przed mechanicznym uszkodzeniem podczas pracy i ułatwia dopasowanie przebiegu instalacji zasilających w maszynach i urządzeniach. Złączki wtykowe Sanga, wykonane z wytrzymałego tworzywa sztucznego lub z mosiądzu niklowanego, stosuje się w instalacjach, w których czynnikiem roboczym jest sprężone powietrze lub inne neutralne gazy. Zalecane ciśnienia robocze wynoszą od -0,95 do 20 barów (w tym do próżni), a temperatury pracy – od -20°C do + 0°C. Stosowane gwinty przyłączeniowe to gwinty walcowe G, stożkowe R.

Innym przykładem jest oferta firmy RECTUS Polska. Znajdują się w niej komponenty z zakresu automatyki pneumatycznej, systemów łącznych i elementów do kontroli przepływu. W 2008 r. firma zarejestrowała własną markę handlową RQS i pod tą marką oferuje np. całą gamę złączy wtykowych tworzywowych serii standardowej. Eliptyczny kształt pierścienia ułatwia wypinanie przewodu, szczególnie w wąskich i ciasnych przestrzeniach. Natomiast sposób łączenia korpusu z tworzywa z częścią gwintowaną umożliwia wykonanie obrotu montażowego w celu odpowiedniego ukierunkowania przewodu. Metalowe części złącza są niklowane, co zapobiega korozji oraz gromadzeniu się zabrudzeń, a gwinty z naniesioną powłoką teflonową nie wymagają dodatkowego uszczelnienia przy dokręcaniu.

Jak informuje Grzegorz Wałach, zastępca dyrektora i szef działu Fluid Connectors w firmie RECTUS Polska, pod marką RQS w serii standardowej znajdują się: kolanka złącza proste i redukcyjne, złącza T i Y, korki, zaślepki i inne elementy, co pozwala na swobodę w projektowaniu systemu. Parametry pracy dla serii standardowej to m.in. stosowanie z przewodami PU, ciśnienie robocze – do 10 barów, temperatura pracy – od 0°C do +60°C. Firma oferuje też złącza wtykowe w wersji MINI – mniejsze o ok. 30% od złączy standardowych oraz złącza wtykowe funkcyjne, takie jak zawory dławiąco-zwrotne na wylocie lub dolocie, zawory kulowe 2/2 i odpowietrzające 3/2, zawory zwrotne, odcinające i złącza łożyskowane.

Przedstawiciel firmy zwraca uwagę na złącza wtykowe mosiężne z uszczelnieniem FKM, jak twierdzi, jedyne na polskim rynku złącza wtykowe z mosiądzu niklowanego z uszczelnieniem FKM do stosowania ze sprężonym powietrzem, wodą, olejem napędowym i olejem mineralnym w konkurencyjnej cenie, nawet w porównaniu ze złączami z uszczelnieniem NBR. Przykładowe aplikacje to: produkcja maszyn, przetwórstwo tworzyw sztucznych, obrabiarki CNC, kabiny lakiernicze, piece, kompresory, aplikacje z gorącym sprężonym powietrzem.

Szybkozłącza – co na rynku

Do łączenia węży pneumatycznych oraz przewodów spiralnych stosuje się też szybkozłącza. Jest to prosty, wygodny i bezpieczny sposób, by łączyć przewody z odbiornikami bez użycia narzędzi.

Na rynku dostępnych jest wiele różnych rozwiązań, modeli i wykonań. Elementy mogą być wykonane z gwintami wewnętrznymi i zewnętrznymi, z mosiądzu, mosiądzu niklowanego, stali cynkowanej i nierdzewnej oraz z różnych tworzyw sztucznych. Można je wykorzystać praktycznie w każdych warunkach i w każdej branży przemysłowej.

Jak mówi Wojciech Sołtan, techniczny doradca handlowy w Connectors Division w firmie Stäubli, firma jest producentem szybkozłączy i od dawna ma w ofercie linie produktów specjalnie przeznaczonych do instalacji sprężonego powietrza. Są to takie produkty, jak szybkozłącza metalowe z funkcją dekompresji oblane warstwą tworzywa – dzięki temu nawet przypadkowy ich kontakt z produktem użytkownika nie spowoduje na nim zadrapań. Kolejne to: szybkozłącza metalowe z funkcją dekompresji, metalowe ze stali 316L. Jak dodaje Wojciech Sołtan, do wymienionych szybkozłączy dostępne są jako opcja moduły przegubowe ułatwiające operowanie narzędziem podpiętym do zasilania. Firma oferuje również metalowe i plastikowe pistolety odmuchowe z różnymi dyszami oraz przewody spiralne.

Air-Com Pneumatyka-Automatyka ma w ofercie różne rodzaje szybkozłączy bezpiecznych NW7,2 DN7,2 do bezpiecznego łączenia i rozłączania przewodów pneumatycznych bez efektu „wystrzelenia”, uderzeń i trzepotania przewodu. Jak podaje firma, wtyki bezpieczne działają na zasadzie odpowietrzania przewodu przez wiele nacięć odpowietrzających i zapobiegają uderzaniu i trzepotaniu przewodu. W przypadku szybkozłączy bezpiecznych z tuleją przesuwną najpierw następuje odcięcie gniazda i odpowietrzenie wtyku, który znajduje się jeszcze w gnieździe. W tych z przyciskiem otwarcie połączenia odbywa się w dwóch etapach. Pierwszy to wciśnięcie przycisku, co odpowietrza połączenie, W drugim zwalniany jest wtyk. Dla wykonań szybkozłączy bezpiecznych NW7,2 DN7,2 z tworzywa sztucznego wtyk zwalniany jest dopiero w chwili gdy ciśnienie resztkowe po stronie wtyku spadnie poniżej ok. 0,5 bara.

To tylko oczywiście niewielki wycinek różnorodnej oferty rynkowej. Problemem dla użytkowników może być często brak wzajemnej kompatybilności rozwiązań pochodzących od różnych producentów. Na rynku jest też dużo zamienników o różnej jakości wykonania.

Na co zwracać uwagę przy wyborze połączenia

Zdaniem Wojciecha Sołtana trzeba zacząć od sprawdzenia podstawowych parametrów. Po pierwsze środowiska pracy, czy występują tu jakieś obostrzenia materiałowe. Kolejny to określenie maksymalnego przepływu powietrza, jaki jest wymagany na danym stanowisku. Czasem wystarczy zastosować złącze, które ma mniejsze gabaryty i dzięki temu jest tańsze. Przewymiarowanie niepotrzebnie podnosi koszty inwestycji. Ważne jest ciśnienie pracy, a zazwyczaj w instalacjach sprężonego powietrza parametr ten jest znormalizowany. Trzeba też poznać wymogi, jakie stawia się funkcjonalności przyłącza (np. złącze ma mieć możliwość obrotu wokół własnej osi lub przycisk blokady ma być wystający, ponieważ pracownicy pracują w grubych rękawicach itp.).

Wojciech Sołtan radzi zwrócić uwagę na bezpieczeństwo operatora. Wiele produktów na rynku nie ma funkcji dekompresji przed fizycznym rozłączeniem wtyku z gniazdem, co może powodować niebezpieczne sytuacje podczas odłączania przewodów. Zgromadzona energia uwalnia się wtedy błyskawicznie i wąż wraz z wtykiem złącza jest wystrzeliwany, a to może być niebezpieczne.

Specjaliści oceniają, że jeśli wąż lub rura w układzie będą podłączane i odłączane częściej niż raz w tygodniu, wówczas zastosowanie szybkozłączek również szybko się zwróci dzięki poprawie wydajności. Można przyjąć, że dziś na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań szybkozłączek zaprojektowanych do konkretnych zastosowań. Są już dopracowane, choć stale pojawiają się kolejne udoskonalenia. Kilka wzorów jest dość standardowych i można je wymieniać pomiędzy producentami. Jednak choć na niektóre wzory patenty wygasły, to producenci ostrzegają przed zamianą komponentów nawet typowych modeli ze względu na różnice w tolerancjach wymiarów różnych partii wyrobów, co może być przyczyną problemów.

Jeśli chodzi o materiały, z których wykonuje się złącza, to nawet niewielkie zmiany w składach np. stopów aluminium czy składu mosiądzu mogą wpływać na ich wytrzymałość i twardość. Coraz częściej stosuje się też kompozyty wykonane z włókna węglowego, szklanego i grafitu. Wykorzystuje się je do zastosowań wymagających wysokiej odporności temperaturowej i chemicznej. Mają też niskie przewodnictwo elektryczne oraz cieplne.

Rynek – tendencje i prognozy

Jak pokazują dane najnowszego raportu „Wyposażenie pneumatyczne: technologie i rynki globalne”, opracowanego przez firmę analityczną BCC Research, światowy rynek urządzeń pneumatycznych powinien osiągnąć do 2022 r. wartość 113,9 mld dolarów (w 2017 r. było to 82,5 mld dolarów). Daje to w latach 2017–2022 średnioroczny wzrost rynku na poziomie 6,7%. Jak uważają analitycy, przyczyniać się do tego mają ulepszenia w zakresie projektowania i technologii, ekspansja industrializacji i rosnąca świadomość oszczędności w zakresie zużycia energii. Według raportu główni gracze na tym rynku to firmy: Advanced Pneumatics, Basso Industry, Bosch Rexroth, Chicago Pneumatic, Delton Pneumatics, Eaton, Festo, Gardner Denver, Hitachi Koki, Ingersoll Rand, Jiffy Air Tool, Kramer Air Tools, Makita, Mann+Hummel, Mitsubishi Heavy Industries, P&F Industries, Pneumatic Products, SMC Corp. of America, Stanley Black & Decker i VAC-U-MAX.

Energia pneumatyczna jest szczególnie obecna w przemyśle budowlanym, wydobywczym i transporcie. Wydajność energetyczna w pneumatycznych systemach uruchamiających pozwala zaoszczędzić od 1,5% do 2% sprężonego powietrza. Zauważa się też znaczną poprawę technologii uszczelnień pneumatycznych, możliwą dzięki dostępności wielu nowych materiałów kompozytowych oraz nowych stałych materiałów smarujących stosowanych w siłownikach, co wydłużyło żywotność i zmniejszyło koszty obsługi pneumatycznych urządzeń wykonawczych.

Analitycy BCC Research zwracają uwagę, że na rynku pojawia się coraz więcej sprzętu elektromechanicznego jako zamiennika urządzeń pneumatycznych – korzyści z jego stosowania obejmują lepszą kontrolę, większą moc, czystszą technologię i dłuższy cykl życia. Jednak nadal sprężone powietrze będzie powszechnie wykorzystywane w przemyśle jeszcze przez wiele lat. Dlatego warto zwrócić uwagę na właściwe i oszczędne jego wykorzystanie.

Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej.