Wickelmeister

Druckluftmotoren - Zu wickelnde Materialien stellen an Antriebe die unterschiedlichsten Anforderungen. Einmal geht es um hohe Geschwindigkeiten, ein anderes Mal um Präzision und dann wieder um die Bewältigung großer Massen. Druckluftmotoren bieten die geforderte Vielseitigkeit.

02. Mai 2019
Wickelmeister
Deprag-Druckluftmotor im Multivac-Randstreifenzerhacker RSZ. (Bild: Deprag Schulz)

Antriebe müssen je nach Anwendungsfall flexibel in ihren Eigenschaften ausgelegt sein. Das Spektrum reicht dabei von Rohpapier mit bis zu zehn Metern Breite über dünne Folien bis hin zu Kohlefaserfäden mit geringer Elastizität und extremer Reißfestigkeit. Papierbahnen beispielsweise werden bei einem Rollendurchmesser von etwa zwei Metern mit einer hohen Geschwindigkeit von bis zu 2.000 Metern pro Minute aufgespult. Folien wiederum sind empfindliche Materialien, die sehr präzise auf- oder abgewickelt werden müssen und das Wickeln von Metallen führt dagegen zu hohen Massen, die den Wickelprozess beeinflussen. Als Antrieb eignen sich hier vor allem Druckluftmotoren, beispielsweise die von Deprag Schulz, da sie laut Angaben des Herstellers die geforderte Vielseitigkeit bieten.

Der Druckluftlamellenmotor arbeitet nach einem einfachen Prinzip. Der in einem exzentrischen Zylinder umlaufende Rotor wird in Bewegung gesetzt. Die Lamellen 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.

Typisch für Pneumatikmotoren ist die automatische Anpassung der Drehzahl bei Lastveränderung. Im Leerlauf arbeitet der Druckluftmotor bei völliger Entlastung. Steht eine geringe Last entgegen, also ein geringes Drehmoment an der Motorspindel, liegt die Arbeitsdrehzahl nahe der Leerlaufdrehzahl. Die Arbeitsdrehzahl verringert sich, sobald das Drehmoment ansteigt. Bei 50 Prozent der Leerlaufdrehzahl erreicht der Druckluftmotor seine maximale Leistung. In diesem Bereich ist er besonders energieeffizient.

Im Vergleich zum Elektromotor liefert der Druckluftmotor ein hohes Startmoment und kann problemlos bis zum Stillstand belastet werden. Nach Reduzierung der Last läuft er sofort wieder an. Ein weiterer Vorteil ist der sinkende Energiebedarf von Druckluftmotoren bei ansteigendem Drehmoment, während der Elektro- motor beim Maximalmoment den höchsten Stromverbrauch hat. Außerdem ist Druckluft grundsätzlich ein unproblematischer Energieträger: Es entsteht keinerlei Gefahr durch Elektrizität – ein Kurzschluss ist somit ausgeschlossen. Für die Motorauslegung sind vor allem die gewünschte Wickelgeschwindigkeit und das Maximaldrehmoment entscheidend. Zur Berechnung des Maximaldrehmoments wird der größtmögliche Rollendurchmesser, das heißt die Rolle im komplett aufgewickelten Zustand, zur Berechnung herangezogen.

Automatisch schneller

Die Wickelgeschwindigkeit soll 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 – die Arbeitsdrehzahl passt sich entsprechend der Last (dem geringen Drehmoment) an. Dreht der Motor zu schnell, kann diese Drehzahl durch Veränderung der Luftmenge, des Betriebsdrucks oder einer Kombination aus beiden stufenlos angepasst werden.

Durch die Regelung der Luftmenge lässt sich die Drehzahl einfach und flexibel reduzieren. Zu- oder Abluftdrosselung steht je nach Anwendungssituation zur Auswahl. Durch Abluftdrosselung verringert sich die Drehzahl des Motors, ohne die Leistung beziehungsweise 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 zusätzlich darüber hinaus die Leistung oder das Drehmoment des Motors verringern, dann empfiehlt es sich, die Zuluft zu drosseln. Geht es beispielsweise bei einer Wickelanwendung darum, das Endlosmaterial beim Wickeln straff zu halten, muss die Druckluft dauerhaft am Motor anstehen.

Drehzahlregelung durch Betriebsdruck

Die technischen Daten der Deprag-Druckluftantriebe basieren auf einem Betriebsdruck von sechs Bar. Jeder dieser Motoren kann beliebig zwischen vier und 6,3 Bar betrieben werden, um die Leistungsstärke entsprechend an die jeweilige Anwendung anzupassen. Ist etwa ein Druckluftmotor für das Wickelgut Papier zu »stark« ausgelegt, könnte das Papier bei der Wickelung reißen. Hier empfiehlt sich eine Reduzierung des Betriebsdrucks.

Mithilfe der Zuluftdrosselung kann die Motorleistung so verringert werden, dass ein Abreißen verhindert wird. Die Absenkung des Betriebsdrucks um ein Bar bewirkt eine Reduzierung des Drehmoments um 17 Prozent. Betreibt man den Motor bei vier Bar, verringert sich das Drehmoment um 33 Prozent.

Motor mit Zwangsanlauflamellen

In einer Wickelanwendung kann der Druckluftmotor, der mit vier Bar betrieben wird, für eine leerer werdende Rolle immer noch zu stark sein. Um den Drehmomentbereich des Druckluftmotors noch weiter auszunutzen, bietet Deprag die Möglichkeit, den Motor mit federbelastenden Lamellen, den sogenannten Zwangsanlauflamellen, auszustatten. Mithilfe dieser Lamellen mit Schenkelfeder ist es möglich, den Pneumatikmotor sogar mit einem Betriebsdruck von weniger als einem Bar zu betreiben.

Einsatzbereiche

Die Druckluftmotoren der Basic-Line-, Advanced-Line- und Power-Line-Serie sind ATEX-konform und für den explosionsgeschützten Bereich zugelassen. Durch die Entspannung der Luft kühlt entstehende Reibungswärme ab. Damit ist auch unter Last eine Überhitzung des Lamellenmotors und somit das Zünden von Gasen ausgeschlossen.

Für den Einsatz im Lebensmittelbereich, etwa in Verpackungsmaschinen müssen Druckluftmotoren Reinigungsmitteln und Wasserdampf standhalten. Advanced-Line-Motoren mit Außenteilen aus Edelstahl sind abgedichtet und müssen nicht speziell eingehaust werden. Deprag-Druckluftmotoren können ölfrei, also mit ungeölter Luft, betrieben werden. Für die Schmierung der Planetengetriebe wird ein lebensmittelkonformes USDA-H1-Fett verwendet.

Erschienen in Ausgabe: 03/2019