Pneumatischer Aktuator: Konstruktion, Funktion und seine Anwendungen

Im Allgemeinen kann ein Ventil einen Prozess nicht selbst steuern, daher benötigen sie einen Bediener, der sie zur Steuerung einer Prozessvariablen platziert. Ein spezielles Gerät wie ein Stellantrieb ist erforderlich, um Ventile fernzusteuern und automatisch zu bewegen. Ein Aktuator ist eine Art von Gerät, das verwendet wird, um etwas zu betreiben oder zu bewegen. Aktuatoren sind in drei Typen erhältlich, die durch ihre Energiequelle definiert sind und in Branchen wie Elektrik, Hydraulik und Pneumatik verwendet werden. Dieser Artikel beschreibt also einen Überblick über Pneumatikantrieb – Arbeiten und ihre Anwendungen.

Was ist ein pneumatischer Aktuator?

Eine pneumatische Aktuatordefinition ist; eine Art Aktuator, der verwendet wird, um die in der Druckluftform enthaltene Energie in Bewegung umzuwandeln. Es gibt verschiedene Hersteller, die unterschiedliche Formen von pneumatischen Stellantrieben anbieten, bei denen einige Stellantriebe die Energie von Druckluft in eine lineare Bewegung und einige Stellantriebe in eine Drehbewegung umwandeln. Diese Aktuatoren haben in der Industrie unterschiedliche Namen wie Luftzylinder, Luftaktuatoren und Pneumatikzylinder.

Wie funktioniert ein pneumatischer Antrieb?

Ein pneumatischer Aktuator hängt hauptsächlich von einer Form von Druckgas wie Druckluft ab, das in eine Kammer eintritt, um Druck aufzubauen. Sobald diese Luft im Vergleich zum äußeren atmosphärischen Druck einen ausreichenden Druck aufgebaut hat, führt dies zur kontrollierten kinetischen Bewegung eines Geräts wie eines Zahnrads oder eines Kolbens. Diese resultierende Bewegung wird also entweder in eine kreisförmige Bewegung oder in eine gerade Linie gelenkt. Diese Aktuatoren sind eines der am häufigsten verwendeten mechanischen Geräte in einer Vielzahl von aktuellen Industrien, wenn komprimiertes Gas extrem kontrolliert, wiederholbar und zuverlässig in Energie umgewandelt wird.

Bau und Funktion pneumatischer Stellantriebe

Der pneumatische Aktuator besteht aus verschiedenen Komponenten wie Feder, Kompressor, Reservoir, Membran und Ventil. Das folgende Diagramm zeigt den Aufbau eines pneumatischen Stellantriebs. Um dieses System anzutreiben, wird die Energie des Fluids in mechanische umgewandelt. In diesem System wird die Frischluft durch den Kompressor komprimiert und diese Luft wird einfach im Vorratsbehälter gespeichert.

Hier wird ein Stromregelventil verwendet, um die Luftrichtung und ihre Strömungsgeschwindigkeit zu steuern. Die Federeinheit in diesem Aktuator steuert den Luftstrom von einem Ort zum anderen und gibt auch einen Rückhub zum Kolben.
Zunächst bleibt das Steuerventil offen und die Membran wird durch die Federwirkung nach oben gezogen, wenn Luft zugeführt werden muss. Dann wird die Luft aus der Atmosphäre angesaugt, durch einen Filter gefiltert und dem Kompressor zugeführt. Jetzt komprimiert der Kompressor die Luft und erhöht das Druckniveau.

Dabei ist zu beachten, dass bei Erhöhung des Luftdruckniveaus auch die Temperatur der Luft erhöht wird. Daher werden Luftkühler verwendet, um die Temperatur in einem bescheidenen Bereich zu halten. Danach wird die Druckluft einfach in einem Vorratsbehälter gespeichert, damit das Druckniveau gehalten werden kann. Außerdem bringt diese Druckluft innerhalb des Systems Energie auf die Membran des pneumatischen Stellglieds auf. Sobald die Kraft die Federkraft aufgrund der Druckluft überwindet, hält sie die Membran oben, damit sich die Membran nach unten bewegt, um das Steuerventil zu schließen.

Wenn der Luftversorgungsdruck erhöht wird, bewegt sich die Membran kontinuierlich nach unten und schließt das Steuerventil an einem bestimmten Punkt vollständig. Sobald der Luftversorgungsdruck verringert wird, überwindet in ähnlicher Weise die von der Feder auf die Membran ausgeübte Kraft die Kraft aufgrund der zugeführten Kraft. Dies kann eine Bewegung in der Aufwärtsrichtung der Membran bewirken, um das Steuerventil zu öffnen.

Auch hier sei angemerkt, dass die Stellung des Steuerventils hauptsächlich vom Luftdruck abhängt. Infolgedessen hängt das Öffnen und Schließen des Steuerventils von der Bewegung der Membran mit dem Luftdruck ab.

Wir wissen, dass nach einem Controller Aktuatoren dazu da sind, ein Steuersignal für die bevorzugte Aktion bereitzustellen, die stattfinden soll. Der Luftdruck wird also basierend auf dem erhaltenen Steuersignal geändert und dies ändert gleichzeitig die Position des Steuerventils. Auf diese Weise arbeitet dieser Aktuator gemäß dem empfangenen Steuersignal und treibt den Prozess an.

Arten von pneumatischen Stellantrieben

Es gibt verschiedene Arten von pneumatischen Aktuatoren wie Kolben, Drehschieber & Federn oder Membranen.

Pneumatischer Kolbenantrieb

Diese Art von pneumatischem Aktuator verwendet einen Kolben in einem Zylinder. Die Kolbenbewegung kann einfach durch Aufbringen von weniger oder mehr Kraft auf eine Fläche des Kolbens bewirkt werden.

Ein einfachwirkender pneumatischer Kolbenantrieb verwendet eine Feder auf einer Seite und ändert die Kraft auf die andere Seite, während ein doppeltwirkender pneumatischer Kolbenantrieb Luftdruck hat, der auf beide Seiten des Kolbens ausgeübt wird. Die lineare Bewegung des Kolbens kann direkt für die Betätigung einer linearen Bewegung verwendet werden, ansonsten kann sie mit einem Ritzel und einer Zahnstange oder einer ähnlichen mechanischen Anordnung in eine Drehbewegung umgewandelt werden. Diese Stellantriebe werden einfach anhand des Zylinderdurchmessers und der Hublänge erkannt. Ein pneumatischer Aktuator mit einem großen Zylinder kann mehr Kraft ausüben.

Pneumatischer Drehflügelantrieb

Der pneumatische Drehschieberantrieb funktioniert einfach wie ein pneumatischer Kolbenantrieb mit zwei Druckkammern. Das Gehäuse dieses Aktuators hat eher die Form eines Tortenkeils als eine Zylinderform. Ein Paddel mit Abtriebswelle trennt einfach die beiden Druckkammern. Das Ändern des Differenzgrades über das Paddel bewegt die Abtriebswelle entsprechend während ihrer gesamten 90-Grad-Bewegung.

Pneumatischer Stellantrieb mit Feder/Membran

Diese Art von pneumatischem Aktuator benötigt Druckluft, um eine Membran gegen eine Platte zu drücken, der eine Feder gegenübersteht. Sobald der Druck verringert wird, zieht die Feder die Membran zurück. Durch Veränderung der Kraft kann also die Position erreicht werden. Diese Art von Aktuator kann öffnen/versagen, sobald die Luftkraft verloren geht, indem die Feder den Aktuator in die Unterbrechungsposition zurückführt.

Vorteile und Nachteile

Das Vorteile pneumatischer Stellantriebe s umfassen Folgendes.

• Pneumatische Stellantriebe liefern hohe Kraft und schnelle Bewegungsgeschwindigkeiten, sobald sie in linearen Bewegungssteuerungs-basierten Anwendungen eingesetzt werden.
• Diese Aktuatoren haben eine hohe Haltbarkeit.
• Sie haben eine hohe Zuverlässigkeit.
• Dies sind die bevorzugten Geräte, bei denen Hygiene bei den Anwendungen unerlässlich ist.
• Kosteneffizient.
• Diese sind sehr einfach zu warten und zu installieren
• Diese sind extrem langlebig und können die Kosten senken, die erforderlich sind, um ihre Leistung aufrechtzuerhalten.
• Diese Stellantriebe haben einen großen Temperaturbereich von 0 – 200 °C.
• Diese sind explosions- und feuerfest.
• Pneumatische Antriebe haben ein geringeres Gewicht.

Das Nachteile pneumatischer Antriebe füge folgendes hinzu.

• Die Betriebsleistung dieses Aktuators ist kleiner als die des hydraulischen Aktuators.
• Die inneren Maschinenteile werden aufgrund der Verwendung von Luft wie dem Fluid nicht geschmiert.
• Die Ausgabegenauigkeit ist bei Operationen, die auf niedriger Geschwindigkeit basieren, ziemlich geringer.
• Diese Aktuatoren arbeiten sehr effizient, wenn sie für bestimmte Anwendungen verwendet werden.
• Diese werden bei geringerer Geschwindigkeit nicht gut ausgeführt.
• Druckluft braucht eine gute Aufbereitung
• Die Luft kann durch Schmiermittel oder Öl verunreinigt sein, was die Wartung verringert.

Anwendungen

Das Anwendungen pneumatischer Stellantriebe füge folgendes hinzu.

• Pneumatische Stellantriebe sind in einer Vielzahl von Anwendungen wie verschiedenen Industriebereichen anwendbar, und einige der Anwendungsbereiche dieser Stellantriebe sind:
• Luftkompressoren.
• Luftfahrt.
• Bahnanwendung.
• Verpackungs- und Produktionsmaschinen.
• Brennbare Automotoren.
• Diese Aktuatoren werden üblicherweise in Kolben und Zündkammern von benzinbetriebenen Fahrzeugen verwendet. Sie nutzen also die Luftzündung und das Benzin, um die unter Druck stehende Energie zu erzeugen, die den Kolben schließlich bewegt und Energie in die Kurbelwelle des Autos umwandelt. Diese Aktuatoren sind jedoch meistens auf Druckgas ohne Zündung angewiesen, um die bevorzugte mechanische Kraft zu erzeugen.
• Diese Arten von Stellantrieben sind für Verpackungs- und Produktionsmaschinen, Luftkompressoren, Postrohre und auch Transportgeräte wie Flugzeug- und Eisenbahnanwendungen erforderlich.

Wie wird Pneumatik in der Robotik eingesetzt?

Im Allgemeinen verwendet die Pneumatik Druckgas zur Steuerung physikalischer Systeme. Diese werden häufig bei Robotern mit Druckluft verwendet, um mechanische Bewegungen zu erzeugen.

Was ist ein pneumatischer Roboterarm?

Der pneumatische Roboterarm funktioniert wie eine menschliche Hand und enthält nämlich zwei Arme; Oberarm & Unterarm. Der Oberarm ist permanent mit Scharnierhalterung an der drehbaren Basis und wird mit einem pneumatischen Zylinder aktiviert, während der Unterarm durch Scharnierhalterung am Oberarm befestigt ist. Daher funktioniert der Roboterarm wie eine menschliche Hand mit einem pneumatischen Zylinder.

Das ist also eine Übersicht über einen pneumatischen Stellantrieb – Arbeiten mit Anwendungen. Diese Aktuatoren sind effiziente, äußerst zuverlässige und sichere Bewegungssteuerungsquellen, die Gas oder Druckluft zur Umwandlung von Energie in Linear- oder Drehbewegung verwenden. Diese eignen sich besonders für häufiges Öffnen und Schließen von Ventilen und werden auch in anderen industriellen Anwendungen eingesetzt, wo die Verwendung von Elektrizität eine Zünd- oder Brandgefahr verursachen kann. Hier ist eine Frage an Sie, was sind die Beispiele für Aktuatoren?