Napęd pneumatyczny, który powstaje w efekcie pracy wirnika, jest rzadziej stosowany w porównaniu z napędem uzyskiwanym z pracy siłowników pneumatycznych. Jednak wiele maszyn przemysłowych nie obejdzie się bez ruchu obrotowego.
Są to przede wszystkim uchwyty oraz przyrządy montażowe i obróbkowe. Silniki pneumatyczne stanowią nieodzowny element narzędzi pneumatycznych, takich jak wiertarki, klucze, wkrętaki itp. Najczęściej stosowana klasyfikacja silników pneumatycznych dzieli je pod względem rodzaju realizowanego ruchu. Stąd też silniki pneumatyczne można nabyć jako modele wykonujące ruch obrotowy lub wahadłowy. Niejednokrotnie uwzględnia się również silniki krokowe.
Typowy silnik pneumatyczny składa się z dwóch podzespołów. Jeden z nich jest odpowiedzialny za sterowanie, a drugi za generowanie napędu. Z czego zatem składa się układ sterowania mechanizmem napędowym? Przede wszystkim istotny pozostaje zawór dławiący oraz sterowany dźwignią obrotowy suwak rozdzielający, który odpowiada za zmianę kierunku obrotów wirnika. Zwiększenie jego obrotów odbywa się poprzez naciśnięcie dźwigni przeznaczonej do wpuszczania dużej ilości sprężonego powietrza. Do rozruchu niektórych modeli silników przewidziano dwie wzajemnie powiązane dźwignie. Po naciśnięciu na jedną z nich, na skutek małego jej przełożenia, mała ilość sprężonego powietrza zostaje wpuszczona przez zawór dławiący do komór wirnika, który zaczyna się obracać.
Konstrukcja układu napędu bazuje na korpusie, obudowie wirnika, wirniku oraz łopatkach. W silnikach pneumatycznych jest istotne zapobieganie zapadaniu się łopatek, stąd też bardzo często są uwzględniane kołki rozpierające w rowkach w początkowym momencie pracy silnika.
Oferta rynkowa w zakresie silników pneumatycznych jest bardzo obszerna. Są one oferowane w wersji jedno- lub dwukierunkowej. W przypadku modeli dwukierunkowych przewiduje się wały z wpustami. Silniki jednokierunkowe wyposaża się z kolei we wrzeciona gwintowane lub nietypowe. Na uwagę zasługuje możliwość łatwego regulowania obrotów wyjściowych poprzez zmianę ciśnienia lub przepływu powietrza. Aplikacje bazujące na silnikach pneumatycznych nie wymagają zaawansowanego sprzętu do sterowania. W niektórych aplikach, takich jak na przykład dokręcanie, ważne pozostaje regulowanie momentu poprzez zatrzymanie po osiągnięciu momentu finalnego. Po zwolnieniu obciążenia silnik pneumatyczny osiąga zazwyczaj obroty swobodne po wykonaniu 1/3 lub 1/2 obrotu. Oczywiście silnik pneumatyczny nie przegrzewa się zarówno podczas pracy ciągłej, jak i częstego uruchamiania lub pracy z obrotami przeciwnymi. Silniki dwukierunkowe wymagają regulacji ciśnienia powietrza zasilającego, które jest podłączone do odpowiedniego portu przypisanego określonemu kierunkowi obrotów. Jednak zmiana kierunku trwa zaledwie kilka sekund.
Nowoczesne silniki pneumatyczne mogą pracować w skrajnych temperaturach, mieszczących się pomiędzy -20°C a 100°C. Warunki pracy mogą obejmować również wysoki poziom wilgotności powietrza. Oferowane na rynku silniki są odporne na obmarzanie w obszarze wydalania powietrza przy niskich temperaturach. W razie potrzeby można uwzględnić modele pracujące w temperaturze do 160°C.
Hałas
W oferowanych na rynku rozwiązaniach szmery pracy silników pneumatycznych zmniejszono do minimum. Hałas powstaje jedynie w wyniku wydalania powietrza. Chcąc dodatkowo obniżyć poziom dźwięku odlotowego, można zastosować tłumiki, które są wkręcane do otworu powietrza odlotowego. W niektórych modelach niższy poziom hałasu otrzymano poprzez zastosowanie tarcz ze spieków. Przykładowy poziom ciśnienia akustycznego silników o mocy od 0,11 do 1,1 kW wynosi przeciętnie 77 dB(A). W razie potrzeby poprzez zastosowanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych hałas można obniżyć do 60 dB(A).
Do zadań specjalnych
Silniki wykonane ze stali nierdzewnej uwzględnia się w przemyśle spożywczym i chemicznym, a także w innych miejscach, gdzie jest wymagana odporność na agresywne środki czyszczące lub powietrze zawierające substancje powodujące korozję. W napędach tego typu elementy zewnętrze są wykonane ze stali szlachetnej. Niektóre modele przewidują uszczelki, dzięki którym zapobiega się wnikaniu do silnika wody lub zanieczyszczeń. Niejednokrotnie są uwzględniane podwójne uszczelnienia wału. Wybrać można modele wymagające smarowania lub nie.
Na rynku nie brakuje również napędów pneumatycznych, które mogą pracować w strefach zagrożonych wybuchem.
Silniki odporne na dławienie są w stanie pracować aż do osiągnięcia momentu obrotowego. Po przekroczeniu momentu silnik się zatrzymuje. W przypadku gdy napęd pneumatyczny zostanie zatrzymany przez silne uderzenie, występują znaczne momenty nawrotne.
Oferowane są także napędy pneumatyczne z wbudowanym hamulcem, który jest uruchamiany bezpośrednio z przewodu powietrza dolotowego. Tym sposobem nie jest potrzebny dodatkowy przewód sterujący. Maksymalna siła hamulca jest równa momentowi rozruchowemu. Zastosować można również modele silników z hamulcami ciernymi. Rozwiązania takie bazują z kolei na oddzielnym przewodzie sterującym. Ważne jest, aby był on podłączony w taki sposób, aby doszło do zwolnienia, zanim silnik otrzyma powietrze robocze. Standardowo w przewodzie sterującym hamulca powinno znajdować się ciśnienie o wartości nie mniejszej niż 4,8 bara. Hamulec jest zaciągnięty w momencie, gdy przewód sterujący nie ma ciśnienia.
Co na rynku
Silniki pneumatyczne LZB firmy Atlas Copco nie wymagają smarowania, stąd też jest możliwa ich praca w aplikacjach, gdzie stawia się na higienę, a zabrudzenie olejem jest niedopuszczalne. W urządzeniu przewidziano łopatki cechujące się niskim tarciem. Producent ten oferuje również modele o wysokim momencie obrotowym, osiągającym do 680 Nm. Konstrukcja urządzeń tego typu bazuje na przekładniach planetarnych. Zastosowane przekładnie są w stanie znosić pełne obciążenie w utyku w nieskończoność. Jako zalety urządzeń tego typu wymienia się przede wszystkim zwartą konstrukcję w porównaniu do rozwiązań wykorzystujących koła walcowe skośne lub przekładnie ślimakowe.
W obracającym się silniku firmy Mannesmann Demag siła odśrodkowa dociska płytki do otworu cylindrycznego. Tym sposobem zyskuje się uszczelnienie pomiędzy poszczególnymi komorami. Takie uszczelnienie jest konieczne podczas rozruchu silnika. Dla wielu rodzajów zastosowań są potrzebne silniki o niskich obrotach. Dla uzyskania wymaganych obrotów wbudowuje się przekładnie planetarne, a w większych silnikach, począwszy od typoszeregu MU 200, zastosowanie znajdują przekładnie zębate czołowe. Przekładnie planetarne skonstruowane według zasad modułowych można łączyć ze sobą odpowiednio do typoszeregu silników, co umożliwia uzyskiwanie różnej liczby obrotów w jednej wielkości silnika.
Firma Bibus Menos, dystrybutor silników pneumatycznych smarowanych serii 16AM Gast, oferuje łopatkowe silniki pneumatyczne o mocy maks. 7,0 kW. Prędkość obrotowa wynosi maksymalnie 2000 obr./min. Istnieje możliwość ich zastosowania z dowolną przekładnią zębatą. Wybrać można pomiędzy wersją cztero- i ośmioprzekładniową. Są również oferowane modele przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Urządzenia tego typu znajdują zastosowanie przede wszystkim w napędach taśm transportowych, podnośnikach, dźwigach, mieszadłach oraz pompach zębatych.
Napędy łopatkowe typu „Fail-Safe” Puretorq z oferty firmy Rectus są alternatywą dla napędów pneumatycznych ze sprężyną. W urządzeniu przewidziano dodatkowy, rezerwowy zbiornik powietrza, który zastępuje sprężynę mechaniczną. To rozwiązanie może być stosowane zarówno w aplikacjach typu otwórz/zamknij, jak i modulowanych. W innym urządzeniu zawór sterowany pneumatycznie został zastąpiony elektrozaworem, który przy zaniku ciśnienia lub zasilania elektrycznego przesterowuje napęd do pozycji bezpiecznej. W pierwszej kolejności powietrze zasila zbiornik i łopatkę napędu poprzez zawór 4-drogowy sterowany pneumatycznie – pilot sterujący zaworu jest zasilony. Jeżeli dojdzie do spadku ciśnienia, pneumatyczny pilot zaworu przełącza zawór sterujący. Powietrze, które jest zgromadzone w zbiorniku, przesterowuje w pozycję bezpieczną.
Firma Delta Technika oferuje napędy pneumatyczne dwustronnego działania. Urządzenia tego typu znajdują zastosowanie w procesie sterowania zaworów kulowych i motylowych (przepustnice). W konstrukcji napędu przewidziano przyłącze ISO 5211. Nabyć można wersję 90° i 180°. Korpus jest wykonany z anodowanego aluminium, a uszczelnienie z NBR, Maksymalne ciśnienie wynosi 8 barów. Producent przewidział trzy wersje: standard (-20°C do 85°C) oraz wysoko- (-20°C do 185°C) i niskotemperaturowe (-40°C do 85°C).
W nowoczesnych napędach pneumatycznych uwzględnia się szereg rozwiązań, dzięki którym zyskuje się przede wszystkim dobry stosunek mocy do masy silnika. Napędy pneumatyczne są nawet o 75% lżejsze i o 85% mniejsze od asynchronicznych silników elektrycznych o tej samej mocy. Istotne pozostaje płynne uruchamianie, które zmniejsza obciążenie komponentów przenoszących moc. Napędy pneumatyczne mogą być utrzymywane na luzie przy pełnym momencie obrotowym. Jest przy tym możliwe wielokrotne uruchamianie i zatrzymywanie, a moc automatycznie dostosowuje się do zastosowanego obciążenia. Zmiana momentu, prędkości, czy też kierunku obrotów przebiega sprawnie dzięki prostym metodom sterowania.
Jeżeli w miejscu użytkowania silnika wymagającego oleju nie jest podawany olej i nie ma możliwości zainstalowania drugiego węża powietrza odlotowego, zaleca się zabudowanie odolejacza powietrza odlotowego. Tym sposobem olej wylatujący z powietrzem odlotowym jest kierowany do odolejacza powietrza odlotowego i tam gromadzony. Do otoczenia dostaje się czyste powietrze bez oleju.
Autor: Damian Żabicki
