Wie die Leistungsprüfung die Motorenauswahl unterstützt

Sowohl Unterdimensionierung als auch Überdimensionierung bedeuten zusätzliche Kosten. Denn wird ein Druckluftmotor zu groß ausgelegt, sind die Anschaffungskosten und der Luftverbrauch höher als notwendig. Ein zu kleiner Antrieb muss im schlimmsten Fall neu ausgelegt und durch einen größeren ersetzt werden.

Druckluftmotoren arbeiten nach einem einfachen Prinzip: Ein Druckluftlamellenmotor 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.

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

Ist die theoretische Berechnung für den Anwendungsfall zu aufwändig, bietet sich zum Beispiel auch ein Praxistest mit einem vorhandenen Pneumatikmotor, hydraulischen oder elektrischen Antrieb, einer Schleifmaschine, Bohrmaschine an. Sind die technischen Daten dieser Maschinen nicht bekannt, können diese auf dem innovativen, frei programmierbaren Leistungsprüfstand der Deprag umfassend bestimmt werden. Neben der Leistung, der Drehzahl und dem Drehmoment ist auch die Messung von Betriebsdruck und Luftverbrauch möglich.

Der Leistungsprüfstand arbeitet in einem Messbereich von bis zu 500 Newtonmeter und bis zu 12.000 Umdrehungen pro Minute im Vier-Quadranten-Betrieb. Die Deprag-Ingenieure können bis zu einer Leistung von 22 Kilowatt eine umfassende Bestimmung durchführen und nach kundenspezifischen Belastungsprofilen Kennlinien erstellen. Weiterhin ist eine beliebig große Anzahl von Lastzyklen programmierbar. Jeder Prüfling ist individuell in drei Achsen verfahrbar und das System ist flexibel auf den Prüfling einstellbar. Im Prüflabor von Deprag können Analysen in kürzester Zeit mit geringem Aufwand umgesetzt werden. Mit der Serviceleistung um eine umfassende Leistungsanalyse ist Deprag ein Problemlöser bei der Auswahl eines auf den individuellen Anwendungsfall abgestimmten Antriebssystems oder der Prüfung vorhandener Antriebe.

Stehen die gewünschte Arbeitsdrehzahl und das Arbeitsdrehmoment für die Anwendung fest, kann der optimale Antrieb ausgelegt werden. Mit der Formel: Arbeitsdrehmoment mal Arbeitsdrehzahl geteilt durch 9550 errechnet man die benötigte theoretische Leistung in kW.

Diese ist anschließend noch an die Rahmenbedingungen der Anwendung, wie zum Beispiel kleinere Öffnungsquerschnitte, zur Verfügung stehender Betriebsdruck oder ölfreier Betrieb, anzupassen.

Durch die Regelung der Luftmenge lässt sich die Drehzahl einfach und flexibel reduzieren. Hierfür gibt es, je nach Anwendungssituation, wiederum zwei Möglichkeiten: Zuluftdrosselung oder Abluftdrosselung. Durch Abluftdrosselung verringert sich die Drehzahl des Motors ohne die Leistung bzw. das Drehmoment des Druckluftmotors 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 oder das Drehmoment des Motors verringern, dann empfiehlt es sich die Zuluft zu drosseln. 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 sechs bar. Steht in der Anwendung jedoch nur ein Fließdruck von fünf bar direkt am Motor an, dann verliert der Motor 23 Prozent seiner Leistung. Stehen nur 4 bar an, verringert sich die Leistung des Motors um 45 Prozent. Jeder Deprag-Druckluftmotor 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 Druckluftmotor zu leistungsstark ist.

Eine weitere Einflussgröße ist der ölfreie Betrieb: Die optimale Lebensdauer und Leistung eines Druckluftmotors wird bei ein bis zwei Tropfen Öl auf 1 m³ Luftverbrauch erreicht. Bei Betrieb ohne Öl ist ein zusätzlicher Leistungsverlust von 10 bis 20 Prozent einzurechnen.

Motoren, die nur für den Betrieb in einer Drehrichtung konstruiert werden, sind effizienter als umsteuerbare Motoren. Bei der Festlegung der Drehrichtung blickt der Pneumatikexperte vom Lufteinlass aus in Richtung Motorwelle. Das ist bei Elektromotoren genau umgekehrt: Hier wird die Drehrichtung mit Blick auf die Motorspindel spezifiziert.

Anschließend wird für die Anwendung der passende Motor mit dem gewünschten Außenteilmaterialien (wie zum Beispiel Edelstahl, Grauguss, Keramik, Aluminium oder andere) ausgewählt. Dann gilt es diesen in die eigene Konstruktion zu integrieren. Deprag bietet hierzu verschiedenste Spindelvarianten und individuelle Befestigungsmöglichkeiten. Im Deprag-Motorenprogramm finden sich zahlreiche Luftmotoren mit integriertem Planeten-, Schnecken- oder Stirnradgetriebe. Benötigt die Anwendung zusätzliche Sicherheit, empfiehlt sich auch die Verwendung einer zusätzlichen Haltebremse. Im Programm des Herstellers findet man hierzu Bremsmotoren. Für den Einsatz im explosionsgeschützten Bereich, gibt es diese sogar mit der dafür erforderlichen Atex-Zulassung. Mit der technischen Überprüfung der maximal zulässigen Axial- und Radialbelastung an der Abtriebspindel des Druckluftmotors schließt die Integration ab.

Druckluftmotoren sind überaus leistungsstark und dabei langlebig und robust. Das Einhalten von Rahmenbedingungen, die bereits in der Konstruktion festgelegt und in der Betriebsanleitung der eigenen Maschine beschrieben wird, sichert eine höchstmögliche Lebensdauer des Antriebs. Zu diesen Rahmenbedingungen gehören die Einhaltung der empfohlenen Druckluftqualität, der geölte Betrieb, das Einhalten der Wartungsintervalle, eine max. Länge des Zuluftschlauches von drei Metern und ausreichende Öffnungsquerschnitte von Zuluftschlauch und Anschlussarmaturen. bf