Abluftnutzung erhöht Effizienz pneumatischer Schaltungen

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Entsprechend Bild 2 wird ein elektrisches Schaltventil am Sauganschluss des Ejektors eingesetzt, um die optimalen Umschaltpunkte ermitteln zu können. In einer Weiterentwicklung der Ejektorbaugruppe soll das elektrische Schaltventil durch eine rein mechanische Variante ersetzt werden, wodurch auf eine externe Ansteuerung und Druckerfassung verzichtet werden kann.

Leistungsfähigkeit des Pneumatik-Antriebs bleibt vollständig erhalten

Solange eine überkritische Durchströmung der Ejektortreibdüse vorliegt, wird bei ausreichender Treibenergie und bei niedrigem Druck im Niederdruckspeicher aus der Umgebung Luft durch den Sauganschluss und das Ejektorventil eingesaugt (Bild 3). Fällt der Abluftdruck bei weiterhin überkritischer Durchströmung der Treibdüse ab, sodass nicht weiter Luft aus der Umgebung eingesaugt werden kann, verschließt das Ventil den Sauganschluss des Ejektors. In diesem Fall wird der Abluftmassenstrom durch die Treibdüse und Mischkammer direkt in den Niederdruckspeicher geleitet.

Sobald die Durchströmung der Ejektortreibdüse einen unterkritischen Strömungszustand einnimmt, wird der Ejektor mithilfe des Ejektorventils über den Sauganschluss wieder mit der Umgebung verbunden. So kann sichergestellt werden, dass stromabwärts der Treibdüse im unterkritischen Strömungszustand kein Druckaufbau stattfindet, der eine Rückwirkung auf den Druckverlauf am Abluftanschluss des Antriebs hätte. Folglich bleibt die Leistungsfähigkeit des Antriebs im Vergleich zu einem abluftgedrosselten System vollständig erhalten, dennoch wird der Energiebedarf pro Zyklus deutlich gesenkt.

Keine Rückwirkung der Abluftnutzung auf das Antriebsverhalten

Um das Systemverhalten des entwickelten Konzeptes zu untersuchen, wurde ein Demonstrator aufgebaut. Er umfasst ein einfaches abluftgedrosseltes System mit Abluftnutzung entsprechend Bild 4. Die zu- und abfließenden Luftmassenströme des Systems werden von Massenstromsensoren erfasst.

Bild 5 zeigt erste Messergebnisse. Sie bestätigen, dass die Antriebsdynamik und der Druckverlauf p_Abl am Abluftanschluss des Antriebs bei Nutzung der Abluft mit denen einer konventionellen Abluftdrossel identisch sind. Die sehr gute Übereinstimmung erlaubt es prinzipiell, die verwendete Abluftdrossel eines bestehenden Antriebs durch Komponenten zur Abluftnutzung zu ersetzen, um so die Vorteile der Energierückgewinnung für bestehende Anlagen nutzbar zu machen. Dabei kann auf größere Eingriffe in die Steuerung und die bestehende Verschaltung der Anlage verzichtet werden. Ausschlaggebend dafür ist das vollkommen autarke Arbeiten der Abluftnutzung. Es muss lediglich eine Rückleitung vom Ejektor zu einem zentralen Niederdruckspeicher installiert werden.

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