Druckluftmotoren sind der ideale Antrieb für Wickelprozesse und machen sich auch in kritischen Umgebungen gut - ob unter Wasser oder dort, wo Hygiene oder Explosionssicherheit oberstes Gebot sind. Die Amberger Deprag Schulz erschließt immer mehr Anwendungsbereiche für diesen Motorentyp.
Wickelantriebe finden sich in vielen Produktionsprozessen: sie wickeln Endlosmaterial vor oder nach der Bearbeitung auf Spiralen, Rollen, Haspeln oder Ballen. Das Spektrum reicht dabei von Rohpapier mit bis zu zehn Metern Breite über hausdünne Folien mit von 6 μm bis hin zu Kohlefaserfäden mit geringer Elastizität. Jedes Material stellt mit seiner Oberfläche, Härte, Zugfestigkeit, Querschnittsprofil oder Dichte eigene Anforderungen an den Wickelantrieb. Papierbahnen 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 den Wickelprozess beeinflussen.
Druckluftmotoren sind sicher und robust und bieten sich als Antrieb für Wickelprozess an. Ein Druckluftlamellenmotoren 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 treibt den Rotor an.
Typisch für Druckluftmotoren ist, dass sich die Drehzahl bei Laständerung automatisch anpasst. Bei völliger Entlastung arbeitet der Druckluftmotor im Leerlauf. Wenn eine geringe Last entgegensteht, liegt seine Arbeitsdrehzahl nahe der Leerlaufdrehzahl. Die Arbeitsdrehzahl verringert sich, sobald das Drehmoment ansteigt. Bei 50 Prozent der Leerlaufdrehzahl erreicht der Druckluftmotor seine maximale Leistung. Dies ist auch der optimale Arbeitsbereich, in dem der Druckluftmotor besonders energieeffizient arbeitet. "Ein Kriterium auf das wir bei der Motorenauslegung besonderes achten", erläutert Produktmanagerin für Druckluftmotoren Dagmar Dübbelde eine wichtige Zielrichtung der Deprag.
Anders als ein Elektromotor könne der Druckluftmotor problemlos bis zum Stillstand belastet werden, erläutert Dübbelde. Nach Reduzierung der Last läuft er sofort wieder an. Und während Elektromotoren beim Maximalmoment, dem sogenannten Abwürgemoment, ihren höchsten Stromverbrauch haben, sinkt der Energiebedarf, beziehungseise Luftverbrauch von Druckluftmotoren bei ansteigendem Drehmoment. Auch sei Druckluft ein unproblematischer Energieträger. Es entstehen keinerlei Gefahren durch elektrische Leitungen oder sonstige Elektrizität. "Kurzschluss ist ausgeschlossen!", schwärmt die Produktmanagerin.
Die Deprag Schulz habe sich in über 50 Ländern als kompetenter Partner für Druckluftmotoren und Druckluftwerkzeuge etabliert, berichtet Dübbelde. Der rund 600 Mitarbeiter zählende Mittelständler bietet Pneumatikantriebe wie Druckluftlamellenmotoren, Turbinen und Zahnradmotoren für unterschiedlichste Anwendungen. Das Unternehmen stimmt dabei Drehmoment und Arbeitsdrehzahl der Druckluftmotoren auf die jeweiligen Anwendungen und Wickelantriebe ab.
Zwei Faktoren sind für die Motorauslegung entscheidend: Die gewünschte Wickelgeschwindigkeit und das Maximaldrehmoment. Zur Bestimmung des Maximaldrehmoments wird mit dem größtmöglichen Rollendurchmesser, also der Rolle im komplett aufgewickelten Zustand, gerechnet. Denn die Wickelgeschwindigkeit muss auch im voll aufgewickelten Zustand sichergestellt sein. Wenn jedoch die Rolle weniger Material trägt, der Rollendurchmesser kleiner wird, wickelt der Motor das Wickelgut automatisch schneller. Dreht der Motor zu schnell, kann die Drehzahl durch Veränderung der Luftmenge, des Betriebsdrucks oder einer Kombination aus beiden angepasst werden.
Durch die Regelung der Luftmenge lässt sich die Drehzahl einfach und flexibel reduzieren. Hierfür gibt es je nach Anwendungssituation zwei Möglichkeiten: Zuluftdrosselung oder Abluftdrosselung. Durch Abluftdrosselung verringert sich die Drehzahl des Motors ohne die Leistung beziehungsweise das Drehmoment herabzusetzen. Möchte man dagegen zusätzlich auch die Leistung verringern, empfiehlt sich die Zuluftdrosselung. Soll etwa Endlosmaterial beim Wickeln straff gehalten werden, muss die Druckluft am Motor dauerhaft anstehen.
Die Drehzahl lässt sich aber auch über den Betriebsdruck steuern. Jeder Deprag Druckluftmotor kann zwischen 4 und 6,3 bar betrieben werden, um Drehzahl und Drehmoment zu regeln. Eine Reduzierung des Betriebsdrucks kann immer dann sinnvoll sein, wenn der Druckluftmotor für das Wickelgut zu stark ist und dieses zu reißen droht. Die Herabsenkung des Betriebsdrucks um ein bar bewirkt eine Reduzierung des Drehmoments um 17 Prozent. Betreibt man einen Druckluftmotor bei vier bar, verringert sich das Drehmoment um 33 Prozent.
In einer Wickelanwendung kann ein Druckluftmotor, der mit vier bar betrieben wird, für die leerer werdende Rolle noch zu stark sein. Um den Drehmomentbereich des Druckluftmotors noch weiter auszunutzen, kann dieser mit federbelasteten Lamellen, sogenannten Zwangsanlauflamellen, ausgestattet sein. Dadurch ist sogar ein Betriebsdruck von weniger als ein bar möglich. Produktmanagerin Dagmar Dübbelde: "Der Leistungsstellbereich des Motors von null Watt bis zur Maximalleistung kann nahezu vollständig ausnutzt werden. Das sind 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.
Für den Einsatz im Lebensmittelbereich, etwa in Verpackungsmaschinen müssen Druckluftmotoren Reinigungsmitteln und Wasserdampf standhalten. Druckluftmotoren der Deprag Advanced Line mit Außenteilen aus Edelstahl sind abgedichtet und müssen nicht speziell eingehaust werden. Die Abdichtung eines Druckluftmotors ist sogar so gut, dass der Motor unter Wasser eingesetzt werden kann. Deprag Druckluftmotoren können ölfrei, also mit ungeölter Zuluft, betrieben werden. Bei der Schmierung der Planetengetriebe wird lebensmittelkonformes USDA-H1-Fett eingesetzt.
Die Druckluftmotoren der Basic Line und der Adavanced Line sind zudem ATEX-konform, somit für den explosionsgeschützten Bereich zugelassen. Schon durch seine Wirkungsweise ist der Druckluftmotor 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.
Auch können Druckluftmotoren, wenn sie mit entsprechenden Lamellen ausgestattet werden, dampfsterilisiert werden - ein klarer Vorzug bei der Anwendung in der Medizintechnik. Diese robusten Antriebe eignen sich zudem für kritische Umgebungsbedingungen wie Hitze, Vibration und Staub.
