Inhoud
Pneumatiek is een techniek waarbij mechanische beweging wordt gegenereerd door middel van een gas onder druk. Net als hydraulische systemen behoren ook pneumatische systemen tot het domein van de vloeistoftechnologie. Waar in de hydrauliek vloeistoffen als werkstof worden gebruikt, werkt pneumatiek met perslucht: de toepassingsmogelijkheden zijn divers en bovendien is lucht als aandrijfmiddel voordelig en milieuvriendelijk. In dit artikel gaan we onder meer in op de vragen: ‘Wat is pneumatiek?’, ‘Wat betekent pneumatiek?’ en ‘Hoe werken pneumatische systemen?’
Wat betekent pneumatiek?
Het woord pneumatiek is afgeleid van het Griekse woord ‘pneuma’, wat ‘wind’ of ‘adem’ betekent. Vandaag de dag staat het voor een gevarieerd technologisch vakgebied waarin perslucht of door perslucht aangedreven systemen worden gebruikt. Pneumatiek zorgt voor beweging en aandrijving – meestal zijn de klassieke pneumatische cilinders het eerste wat met deze technologie wordt geassocieerd. Maar ook meer gespecialiseerde en complexere systemen werken met de technologie, zoals vacuümsystemen, grijpers of zelfs luchtveren. Die zijn uitermate geschikt voor het dempen van schokken. Onze rolbokken hebben een dergelijke demping.
Hoe werken pneumatische systemen?
Pneumatische systemen, ook wel pneumatische besturingssystemen genoemd, werken met samengeperste omgevingslucht, de zogenaamde perslucht. In de meeste systemen heeft die een overdruk van 6 bar. Bij hogedruksystemen, die bijvoorbeeld voor gasleidingen worden gebruikt, is de overdruk maximaal 18 bar. De hoogste druk is nodig voor de productie van onder andere plastic flessen: tot 40 bar.
In pneumatische systemen wordt lucht in de vorm van perslucht via ventielen naar de gewenste plaats gebracht. De in de perslucht opgeslagen energie wordt vervolgens omgezet in kinetische energie – bijvoorbeeld om een cilinderzuiger in een bepaalde richting te bewegen.
In principe bestaat elke pneumatische besturing uit vier componenten:
- Persluchtopwekking: de benodigde omgevingslucht wordt ingezogen door één of meer compressoren en vervolgens gecomprimeerd tot 6 à 40 bar, afhankelijk van wat nodig is. Voor een hoge luchtdruk, die slechts voor een bepaalde periode nodig is, wordt een compressor met toerentalregeling gebruikt. Door de lucht samen te persen ontstaat warmte, die bijvoorbeeld weer als verwarmingsenergie kan worden gebruikt.
- Persluchtbehandeling: de perslucht wordt bevrijd van onzuiverheden als stof of pollen. Hiervoor worden verschillende filtersystemen gebruikt. De behandeling is noodzakelijk om een zo lang mogelijke levensduur van een pneumatisch systeem te garanderen.
- Persluchtverdeling: de perslucht wordt via leidingen naar de verbruikers getransporteerd. Om te voorkomen dat de lucht opnieuw wordt verontreinigd, moeten de leidingen afgedicht zijn en zo weinig mogelijk roest of water afgeven. In de meeste gevallen zijn de opslagfaciliteiten geïntegreerd in de leidingnetwerken.
- Toepassing op/uitvoering van werkzaamheden: de perslucht wordt via ventielen of actuatoren naar het betreffende werkproces geleid. Het aantal schakelposities en aansluitingen is afhankelijk van de toepassing en het apparaat. De mechanische werkzaamheden met behulp van perslucht worden uitgevoerd door zogenaamde werkende elementen – voornamelijk pneumatische cilinders.
Hoe pneumatische circuits precies moeten worden opgebouwd, is voor de verschillende systemen en apparaten vastgelegd in de bijbehorende NEN-normen.
Waar wordt pneumatiek gebruikt?
Pneumatische systemen worden gebruikt in de meest uiteenlopende industrieën en vakgebieden. Ze zijn zowel te vinden in de materiaalbehandeling als in de robotica en medische technologie. Andere toepassingsgebieden zijn aandrijving en transport. De systemen worden bijvoorbeeld geïnstalleerd in pneumatische remmen van vrachtwagens of bussen. Ze worden ook gebruikt voor luchtgevulde banden, diverse palletwagens en andere hefvoertuigen. Kleinere ladingen of zelfs vloeistoffen kunnen worden getransporteerd via pneumatische buizenpost. Speciaal pneumatisch gereedschap werkt alleen met perslucht – bijvoorbeeld voor het spuiten van lak en andere oppervlaktebehandelingen.
Voordelen van pneumatische systemen
Pneumatische systemen hebben veel voordelen. Zo is alleen al het materiaal dat het systeem gebruikt milieuvriendelijk, voordelig en overal beschikbaar – namelijk lucht. Het kan in elke gewenste hoeveelheid worden gebruikt en ook gemakkelijk over lange afstanden worden getransporteerd.
Verdere voordelen van pneumatiek zijn:
- Opslagcapaciteit: perslucht kan worden opgeslagen in een daarvoor geschikt drukvat, dat ook weer kan worden getransporteerd.
- Temperatuurbestendigheid: perslucht is ongevoelig voor temperatuurschommelingen.
- Veiligheid: bij perslucht bestaat er geen gevaar voor explosie of brand.
- Milieuvriendelijkheid: perslucht die ontsnapt, veroorzaakt geen schade.
- Eenvoudig systeemontwerp: maakt voordelige toepassingen mogelijk.
- Snelheid: perslucht is een zeer snel werkmedium.
- Traploze instelling van krachten en snelheden: het drukniveau kan worden aangepast aan de betreffende toepassing.
- Kracht: hoge druk is mogelijk in een relatief kleine ruimte.
- Geen extra koeling nodig: de lucht zelf zorgt al voor voldoende koeling van de afzonderlijke aandrijfcomponenten.
Een van de mogelijke nadelen van pneumatiek is het lage rendement: zelfs als de tijdens de compressie gegenereerde warmte wordt hergebruikt, gaat er energie verloren. Maar kou kan ook een probleem zijn. Wanneer perslucht door systemen en machines stroomt, kan die aanzienlijk afkoelen en mogelijk zelfs bevriezen. Het werken met pneumatische schakelingen veroorzaakt ook veel lawaai, al kan dat worden verminderd door geluiddempers. Er moet verder rekening worden gehouden met het feit dat de kracht van persluchtsystemen beperkt is.
Veelgestelde vragen over pneumatiek
Pneumatiek gebruikt lucht om druk op te bouwen, bij hydrauliek gebeurt dit met water of olie. Aangezien pneumatiek geen gesloten systeem van leidingen nodig heeft waarin zich vloeistoffen bevinden, zijn pneumatische systemen minder complex. Een wezenlijk verschil tussen beide principes zit hem in de compressibiliteit. Dat is de eigenschap om zich wel of niet samen te kunnen laten drukken. Gassen zijn compressibel, vloeistoffen niet. Dit zorgt voor bepaalde voor- en nadelen van beide systemen:
Hydraulische systemen zijn uiterst precies te reguleren en zijn in staat om zeer hoge kracht op te wekken. Maar hydraulische olie is duur en hydraulische systemen brengen een potentieel gevaar voor het milieu met zich mee in het geval van lekkage. Pneumatische systemen zijn door de compressibiliteit van gassen minder nauwkeurig te reguleren. Ze generen – en verliezen – bovendien warmte. Verder hebben pneumatische systemen grote cilinders nodig voor evenveel kracht als kleine hydraulische systemen. Maar lucht is gratis, overal beschikbaar en niet slecht voor het milieu.
Pneumatiek heeft in principe in vier toepassingsgebieden: voor aandrijving, spuitsystemen, transport en testprocessen. Pneumatische aandrijvingen voeren lineaire en roterende bewegingen uit. Gereedschappen en machines die pneumatiek gebruiken zijn onder andere pneumatische hamers, trilplaten voor bestrating, pneumatische schuurmachines, verfspuiten, buizenpostsystemen en pompwagens.
Pneumatische kracht kan niet zo nauwkeurig worden gereguleerd als hydraulische kracht. Terwijl vloeistoffen zich namelijk gelijkmatig uitzetten, dempen gassen de opgewekte druk enigszins. Bovendien treedt altijd een zeker energieverlies op als lucht wordt gecomprimeerd. Tijdens het samenpersen warmt de lucht ook op. Deze energie kan gebruikt worden als verwarmingsenergie, als dit niet gebeurt kan de energie als verloren worden beschouwd.
Over het algemeen vertoont de aandrijving van een pneumatisch systeem sneller tekenen van slijtage en is regelmatig onderhoud noodzakelijk. Bovendien is de mogelijke krachtopwekking bij pneumatische systemen een stuk lager dan bij hydraulische tegenhangers, omdat vloeistoffen niet-compressibel zijn. Daarom verliezen ze vrijwel geen druk bij de krachtopwekking.
Bron afbeelding:
© gettyimages.de – Denys Yelmanov
