Pneumatischer Antrieb im Vergleich zu hydraulischen Systemen
Die Pneumatik hat eine ähnliche Funktionsweise wie die Hydraulik. Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede bei einem pneumatischen Antrieb. Hydraulik und Pneumatik arbeiten deshalb in verschiedenen Arbeitsbereichen und erfüllen unterschiedliche Aufgaben.Grundzüge der Pneumatik
Die Pneumatik ist die Übertragung von Kräften durch komprimierte Gase. Meistens wird dazu normale Luft verwendet. Es gibt jedoch auch Sonderfälle, in denen Stickstoff oder Inert-Gase als Übertragungsmedium zum Einsatz kommen. Wie die Hydraulik arbeitet die Pneumatik mit einer Kraftverstärkung durch Querschnittsvergrößerung von Geber- und Nehmerzylindern. Der wesentliche Unterschied zur Hydraulik ist das Medium. Die Hydraulik arbeitet grundsätzlich mit Flüssigkeiten. Diese haben die Eigenschaft, inkompressibel zu sein. Das Verhältnis aus Druck und Volumenstrom ist in einem hydraulischen System deshalb stets konstant. Die Pneumatik arbeitet mit kompressiblen Gasen. Das macht die Arbeitsdrücke in dem gesamten System auch bei gleichbleibendem Leitungsquerschnitt stark variabel.
Bauteile im Zusammenspiel mit einem pneumatischen Antrieb
Die Bauteile von pneumatischen Systemen sind denen aus der Hydraulik sehr ähnlich. Folgende Bauteile sind für Pneumatikanlagen typisch:
- Pneumatischer Antrieb (Druckerzeuger)
- Linearmotoren
- Radialmotoren
- Leitungen
- Ventile
Der wesentliche Konstruktionsunterschied zu geschlossenen hydraulischen Systemen ist, dass Pneumatikanlagen als offene Systeme ausgelegt sind. Das Druck übertragene Medium wird nicht in einem Kreislauf immer wieder neu verwendet. Stattdessen wird es aus der Umgebungsluft angesaugt und an den diversen Aktoren und Ventilen wieder an die Außenluft abgegeben. Dadurch entfallen zahlreiche Komponenten, die bei einer Hydraulikanlage erforderlich sind. Der Tank, nebst aufwendiger Kühlung und mehrstufigen Filtersystemen, entfällt deshalb bei Pneumatikanlagen oder fallen deutlich einfacher aus.
Druckerzeugung im pneumatischen Antrieb
Der pneumatische Antrieb bzw. Druckerzeuger ist als elektrischer Kompressor ausgelegt. Folgende Bauformen haben sich für diese Funktion durchgesetzt:
- Kolbenkompressoren
- Verdichter
- Ventilatoren
- Schraubenkompressoren
Der Kolbenkompressor
Der Kolbenkompressor ist für die Druckerzeugung in pneumatischen Systemen das standardmäßig verwendete Gerät. Er besteht aus einem Elektromotor, der einen Kolbentrieb antreibt. Darin wird die Umgebungsluft angesaugt, verdichtet und in einen Tank geleitet. Von dort wird der Luftdruck über Leitungen an alle Verbraucher verteilt.
Verdichter
Verdichter arbeiten mit einem speziell geformten Lüfterrad. Dieses saugt die Luft von vorne an und gibt sie seitlich weiter. Verdichter kommen seltener für die klassische Pneumatik zum Einsatz. Ihre Hautfunktion ist die Bereitstellung von konstantem Arbeitsdruck für bestimmte Prozesse.
Ventilatoren
Ventilatoren haben die gleiche Aufgabe wie Verdichter. Statt des Verdichterrades arbeiten sie mit einem Schaufelrad.
Schraubenkompressoren
Schraubenkompressoren sind die bislang einzige Alternative zu Kolbenkompressoren. Statt eines Kolbentriebs arbeitet dieser Kompressortyp mit zwei nebeneinander angeordneten Verdichterspindeln. Sie sind teurer, aber wesentlich leiser, langlebiger und laufruhiger als die klassischen Kolbenkompressoren.
Vorteile und Nachteile eines pneumatischen Antriebes gegenüber der Hydraulik
Pneumatische Systeme sind einfacher im Aufbau und haben eine wesentlich schnellere Reaktionsgeschwindigkeit als hydraulische Anlagen. Dafür sind die erreichbaren Druckkräfte begrenzt und ihr Wirkungsgrad geringer.