Das Steuerungsmodul des Reglers ist für die Hutschienenmontage im Schaltschrank vorbereitet. Am LC-Display lässt sich der gewünschte Drehzahlwert einstellen.

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Leistungsstark soll er sein und dabei möglichst klein und robust – so lautet eine wichtige Anforderung an den Einsatz von Motoren in handgeführten Maschinen und vielfach auch in automatisierten Produktionsanlagen. Druckluftmotoren bieten hierfür ideale Vo­raussetzungen. Verglichen mit einem leistungsgleichen Elektromotor kommen sie mit einem Drittel der Baugröße und einem Fünftel des Gewichts aus. Bis dato gab es allerdings ein Manko – die Drehzahlregelung.

Dagmar Dübbelde, Produktmanagerin beim Druckluftmotoren-Hersteller Deprag erklärt, was es damit auf sich hat: „Charakteristisch für den Druckluftmotor ist, dass er in einem breiten Feld wechselnder Lasten betrieben werden kann. Bei völliger Entlastung arbeitet er im Leerlauf mit Leerlaufdrehzahl. Steigt die Last hingegen an, verringert sich die Drehzahl des Druckluftmotors. Ein Druckluftmotor lässt sich so – abhängig von der Last – zwischen etwa 15 bis 100 % der Nenndrehzahl betreiben.“ Bei Anwendungen, bei denen sich das Drehmoment verändert, variiert die Drehzahl entsprechend. Dies kann zu Problemen führen. Beispiel Rührwerk: Ändert sich die Viskosität des Rührguts im Behälter oder die Rührgutmenge, kam es bislang zu unliebsamen Veränderungen der Drehzahl. Dies ist speziell dann kritisch, wenn eine konstante Drehzahl Voraussetzung für eine fehlerfreie Produktion ist. Vor diesem Hintergrund, sprich mit dem Ziel, im Rührwerk eine konstante Drehzahl zu realisieren, hat Deprag nun einen speziellen Drehzahlregler für Druckluftmotoren entwickelt.

Der Drehzahlregler basiert auf einem berührungslosen Drehzahlsensor, der direkt im Druckluftmotor zwischen dem eigentlichen Lamellenmotor und dem Getriebe integriert ist. Er erfasst die aktuelle Drehzahl, mit der der Antrieb arbeitet. Die Meldung dieses Ist-Wertes geht nun in Form eines digitalen Signals an den Regler. Der Regler kennt den gewünschten Soll-Wert und vergleicht schließlich beide Werte. Bei Abweichungen zwischen Ist und Soll wird ein Spezialventil angesteuert, das den Luftstrom für den Luftmotor und damit seine Drehzahl reguliert. Folge: Der Druckluftmotor arbeitet konstant im Bereich des gewünschten Wertes.

Regler universell parametrierbar

Mit Hilfe ausgeklügelter Sensortechnik hält der Druckluftmotor immer die gewünschte vorgewählte Drehzahl.

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Erstmals entwickelt wurde dieser Drehzahlregler für ein Rührwerk in der chemischen Industrie, in dem wässrige Sus­pensionen und Lösungen in einem Ansatzbehälter verrührt werden. Das Rührwerk wird in diesem Fall sowohl mit einem Propellerrührer oder einer Dissolverscheibe per Druckluftantrieb betrieben. Auch bei dieser Anwendung ist die gleich bleibende Drehzahl entscheidend für die Qualität des Produktes. Der neue Drehzahlregler kommt in dieser Anwendung bei einem Druckluftmotor aus Edelstahl zum Einsatz. Die Nenndrehzahl dieses 1200 W starken Antriebes beträgt 1250 Umdrehungen/Minute, die Leerlaufdrehzahl 2500 Umdrehungen/Minute und das Nenndrehmoment 9,2 Nm.

Alle technischen Daten beziehen sich dabei auf einen Betriebsdruck von 6 bar. Der „gesteuerte“ Druckluftmotor treibt das Rührwerk in einem Viskositätsbereich von 1 bis 300 mPas an und behält dabei die Drehzahl in einem vorgegebenen Toleranzbereich bei – unabhängig von Schwankungen der Viskosität und des Füllstandes der Suspension im Ansatzbehälter. Im Falle dieses Rührwerkes war es nicht so wichtig, die Drehzahl bei Abweichungen möglichst schnell anzupassen. Für das Qualitätsmanagement ist eher die hohe Präzision entscheidend, mit der die gleich bleibende Drehzahl realisiert wird. Entsprechend voreingestellt erzielt der Regler nun eine Kon­stanz von ±5 Umdrehungen pro Minute und passt bei Lastveränderungen innerhalb von maximal zwei Sekunden die Drehzahl an den Sollwert an.

Bei manchen Prozessen steht eher die Regelgeschwindigkeit im Fokus, bei anderen kommt es mehr auf die Genauigkeit an. „Der Regler lässt sich für beide Einsatzfälle parametrieren und ist somit universell einsetzbar“, so Dagmar Dübbelde.Zum Beispiel ist auch ein Lamellenmotor mit sehr kleiner Drehzahl auf diese Weise prozesssicher regulierbar. Die Drehzahl wird in diesem Fall im Bereich von einer ganzen Umdrehung bis hin zu einer 32stel-Umdrehung ermittelt und dem Sollwert angepasst. Selbst bei hohen Drehzahlen bis zu 80.000 Umdrehungen pro Minute korrigiert der Regler gleich bleibend den Drehzahlwert. Dabei lässt sich das Proportional-Regelventil des Druckluftmotors hochauflösend und damit äußerst genau ansteuern: Das Ausgangssignal zur Ansteuerung des Ventils beträgt 0 bis 10 V, die Auflösung der Regelspannung 2,5 mV.