Pneumatische schottenmotoren

Een pneumatische schottenmotor is een luchtaangedreven apparaat dat persluchtenergie omzet in roterende mechanische beweging. Deze motoren worden vaak gebruikt in verschillende industriële toepassingen, vooral wanneer een nauwkeurige regeling en variabele snelheid vereist zijn. Ze worden ook wel luchtvaanmotoren genoemd. Dit artikel bespreekt het ontwerp, het werkingsprincipe en de verschillende typen pneumatische schottenmotoren.

Inhoudsopgave

• Ontwerp en werkingsprincipe van schottenmotor
• Typen schottenmotoren
• Voordelen:
• Nadelen:
• Schoepenmotortoepassingen
• FAQs

Ontwerp en werkingsprincipe van schottenmotor

Ontwerp

Figuur 2 toont de basisconstructie van een pneumatische schottenmotor.

• Behuizing: De behuizing fungeert als externe behuizing van de schottenmotor en omvat alle andere onderdelen. De behuizing heeft twee poorten:
• Uitlaatpoort (A): De perslucht verlaat de motor via de uitlaatpoort.
• Inlaatpoort (B): De perslucht komt de motor binnen via de inlaatpoort.
• Rotor (C): De rotor van de schottenmotor is voorzien van gelijkmatig verdeelde sleuven rond de omtrek. De rotor draait excentrisch in een cilinder en creëert sikkelvormige kamers die gevuld en geleegd worden met perslucht om koppel te produceren.
• Vanes (D): De schoepen bevinden zich in de sleuven van de rotor. Ze bewegen vrij binnen de rotorsleuven en hebben een rechthoekige vorm. Ze zijn met een veer verbonden met de rotor.
• Stator (E): Een stator is een stationaire buitencilinder die de draaiende rotor en schoepen bevat.

Werkingsprincipe

Een pneumatische vaanmotor bestaat uit een rotor met vinnen die in en uit sleuven glijden. Samengeperste lucht komt in de kamer, waardoor de schoepen tegen de cilinderwand worden gedrukt. Hierdoor ontstaat een drukverschil tussen de twee zijden van de vaan, waardoor de rotor gaat draaien. Als de rotor draait, schuiven de schoepen in en uit de gleuven, waardoor nieuwe kamers ontstaan en oude worden afgesloten. Het proces gaat door totdat de perslucht wordt afgevoerd.

Hier volgt een stapsgewijze uitleg van het werkingsprincipe van een luchtvaanmotor:

1. Perslucht komt de motor binnen via een inlaatpoort.
2. De samengeperste lucht stroomt in de kamer en duwt de veerbelaste schoepen tegen de cilinderwand.
3. Het drukverschil tussen de twee kanten van de vaan zorgt ervoor dat de rotor gaat draaien.
4. Als de rotor draait, glijden de schoepen langs de binnenwand van de kamer, waardoor de afdichting behouden blijft.
5. Wanneer de schoepen de uitvoerpoort bereiken, worden ze door de veerkracht terug naar binnen geduwd.
6. De samengeperste lucht wordt vervolgens door de motor afgevoerd en de cyclus herhaalt zich.

De veerkracht is sterker dan de centrifugale kracht bij lage snelheden, wat betekent dat de schoepen tegen de cilinderwand worden gedrukt nog voor de rotor draait. Naarmate de snelheid van de motor toeneemt, wordt de centrifugale kracht belangrijker. Uiteindelijk zal de middelpuntvliedende kracht de veerkracht overwinnen en zullen de schoepen langs de binnenwand van de kamer glijden. De veerkracht is echter nog steeds belangrijk bij hoge snelheden. Het helpt om de schoepen in contact te houden met de cilinderwand en voorkomt dat ze uit de motor vliegen.

De druk en het debiet van de perslucht regelen de snelheid van een luchtschoepenmotor. Hoe hoger de druk en het debiet, hoe sneller de motor zal draaien. Schottenmotoren zijn over het algemeen efficiënter bij hogere snelheden en lagere koppels. Het rendement van de schottenmotor neemt af naarmate de snelheid afneemt en het koppel toeneemt. Dit komt door verhoogde interne wrijving en luchtlekkage.

Typen schottenmotoren

Het type schottenmotor voor een bepaalde toepassing hangt af van de specifieke vereisten van de toepassing, zoals de vereiste snelheid, het koppel, het geluidsniveau en het budget. Ze worden voornamelijk ingedeeld op basis van de volgende parameters:

• Verplaatsing motor
• Rotatie van de motor in één of twee richtingen

Verplaatsing motor

Pneumatische vaanmotoren worden geclassificeerd als ongebalanceerde, gebalanceerde en variabele verplaatsingsvaanmotoren, afhankelijk van de motorverplaatsing.

Ongebalanceerde schottenmotor

De luchtschoepenmotor die in de vorige paragraaf is besproken, is niet in balans. De rotor is excentrisch in de behuizing gemonteerd. Hierdoor ontstaat een drukverschil tussen de twee kanten van de vaan, waardoor de rotor gaat draaien. Ongebalanceerde vaanmotoren zijn eenvoudig en goedkoop, maar kunnen lawaaierig en minder efficiënt zijn en een kortere levensduur hebben. Ongebalanceerde vaanmotoren, zoals grasmaaiers en bladblazers, worden meestal gebruikt in toepassingen waar lage kosten en hoge prestaties niet kritisch zijn.

Gebalanceerde schottenmotor

Bij motoren met gebalanceerde schoepen is de rotor concentrisch in de behuizing gemonteerd. Dit elimineert het drukverschil tussen de twee zijden van de schoep, waardoor geluid en trillingen worden verminderd en de efficiëntie en levensduur worden verhoogd.

Gebalanceerde vaanmotoren worden meestal gebruikt in toepassingen waar weinig geluid en trillingen, een hoog rendement en een lange levensduur belangrijk zijn, zoals in industriële automatiseringsapparatuur en ruimtevaarttoepassingen.

Vaanmotor met variabele cilinderinhoud

Met schottenmotoren met variabele verplaatsing kunnen de uitgaande snelheid en het uitgaande koppel worden aangepast door de grootte van de werkkamers in de motor te variëren. Dit wordt meestal bereikt door de positie van de schoepen te veranderen. Ze zijn complexer en duurder om te produceren dan ongebalanceerde of gebalanceerde vaanmotoren, maar ze bieden verschillende voordelen:

• Regelt de snelheid en het koppel van de motor zonder de druk of het debiet van de perslucht te wijzigen.
• Werkt met een constante snelheid of koppel, zelfs als de belasting/snelheid op de motor verandert.

Vaanmotoren met variabele verplaatsing worden meestal gebruikt in toepassingen die een nauwkeurige snelheids- en koppelregeling vereisen, zoals industriële automatiseringsapparatuur en robotica.

Richting motor

Luchtschoepenmotoren kunnen omkeerbaar of niet-omkeerbaar zijn. Omkeerbare motoren kunnen in beide richtingen draaien, terwijl niet-omkeerbare motoren slechts in één richting kunnen draaien.

• Niet-omkeerbare vaanmotoren hebben een vaste configuratie van de luchtinlaat- en uitlaatpoort, wat betekent dat de motor slechts in één richting kan draaien.
• Omkeerbare vaanmotoren maken gebruik van een klepmechanisme dat de rol van de inlaat- en uitlaatpoorten kan omkeren. Wanneer de klep wordt omgeschakeld, komt de lucht onder druk binnen via de tegenovergestelde poort, waardoor de schoepen in de tegenovergestelde richting bewegen en de motor dus omkeert. Naast het klepmechanisme kunnen omkeerbare vaanmotoren verschillende vaanontwerpen of de interne geometrie van de motorbehuizing hebben om een bidirectionele luchtstroom mogelijk te maken en een efficiënte werking in beide draairichtingen te garanderen.

Voordelen:

Pneumatische schottenmotoren worden gewaardeerd om hun eenvoud, betrouwbaarheid en vermogen om te werken in gevaarlijke omgevingen.

• Explosieveilige prestaties: Een pneumatische schottenmotor is ontworpen om veilig te werken in potentieel explosieve omgevingen, omdat het werkmedium (perslucht) en het structurele ontwerp het risico van vonkvorming uitsluit.
• Veelzijdig: Het apparaat kan worden gebruikt in stoffige en extreem vochtige omgevingen.
• Uitgebreide werking: De motor kan gedurende langere perioden op volle capaciteit draaien zonder aanzienlijke temperatuurstijgingen en is beveiligd tegen overbelasting.
• Hoog startkoppel: Hij heeft een hoog startkoppel, waardoor hij onder belasting kan starten. Dit komt doordat de schoepen veerbelast zijn en door de middelpuntvliedende kracht tegen de cilinderwand worden gehouden. De veerdruk op de schoepen zorgt voor een hoog aanloopkoppel, waardoor de motor onder belasting kan starten.
• Compact en lichtgewicht: Vergeleken met conventionele motoren heeft een vaanmotor een klein vermogen en is hij licht van gewicht, waardoor hij geschikt is voor installatie in kleine ruimtes en gebruik met handgereedschap.

Nadelen:

• De luchtmotoren verbruiken relatief dure perslucht, dus de bedrijfskosten kunnen hoger zijn dan die van elektromotoren.
• Een schottenpomp is mogelijk niet geschikt voor zeer viskeuze vloeistoffen. Het beheert echter effectief vloeistoffen met een gemiddelde viscositeit en blinkt uit in het hanteren van stoffen met een lage viscositeit, zoals L.P.-gas, ammoniak, oplosmiddelen en alcohol.
• Aangezien de schoepen vrij in de sleuven glijden, is luchtlekkage mogelijk.

Schoepenmotortoepassingen

• Autoindustrie: Gebruikt voor taken zoals het aandraaien van bouten of schroeven, waarbij de juiste kracht wordt toegepast.
• Bouw: Voor het aandrijven van handgereedschap zoals boormachines en drilboren, voor draagbaarheid en kracht.
• Eten en drinken: Gebruikt in meng- en mengapparatuur voor snelheidsregeling voor verschillende vereisten.
• Industriële reiniging: Voor zware schoonmaakapparatuur zoals industriële stofzuigers.

Pneumatiek woordenlijst

FAQs

Wat zijn de verschillende soorten multischoepenmotoren?

Luchtmotoren met meerdere schoepen kunnen gebalanceerd, ongebalanceerd of variabel zijn, afhankelijk van hoe de rotor gemonteerd is ten opzichte van de behuizing.

Wat zijn de verschillende factoren die de efficiëntie van een schottenmotor beïnvloeden?

De efficiëntie van een schottenmotor kan worden beïnvloed door factoren zoals mechanische wrijving, vloeistofviscositeit, drukval in het systeem en het ontwerp en de fabricagekwaliteit van de motoronderdelen.

Kan een schottenpomp als motor worden gebruikt?

Ja, een schottenpomp kan als motor worden gebruikt door de richting van de vloeistofstroom om te keren, waardoor de rotor gaat draaien en mechanische energie wordt opgewekt.