Wickelprozesse erfolgreich meistern

12.06.2019

Zu wickelnde Materialien stellen verschiedenste Anforderungen an Antriebe: Mal geht es um hohe Geschwindigkeiten, mal um Präzision und dann wieder um die Bewältigung großer Massen. Das Spektrum reicht dabei von Rohpapier mit bis zu zehn Metern Breite über dünne Folien bis hin

Zu wickelnde Materialien stellen verschiedenste Anforderungen an Antriebe: Mal geht es um hohe Geschwindigkeiten, mal um Präzision und dann wieder um die Bewältigung großer Massen. Das Spektrum reicht dabei von Rohpapier mit bis zu zehn Metern Breite über dünne Folien bis hin zu Kohlefaserfäden mit geringer Elastizität und extremer Reißfestigkeit.

Papierbahnen beispielsweise werden bei einem Rollendurchmesser von etwa zwei Metern mit einer hohen Geschwindigkeit von bis zu 2.000 m/min aufgespult. Folien sind empfindliche Materialien, die sehr präzise auf- oder abgewickelt werden müssen und das Wickeln von Metallen führt dagegen zu hohen Massen, die wiederum den Wickelprozess beeinflussen. Als Antrieb eignen sich vor allem Druckluftmotoren der DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.: sie bieten die geforderte Vielseitigkeit.

Dabei arbeitet der Lamellenmotor nach einem einfachen Prinzip. Der in einem exzentrischen Zylinder umlaufende Rotor wird in Bewegung gesetzt. Die Lamellen werden mittels Fliehkraft an die Rotorwand gedrückt und bilden so die Arbeitskammern. In diesen Arbeitskammern expandiert die verdichtete Druckluft, Druckenergie wird in kinetische Energie umgewandelt – der Rotor dreht sich.

Typisch für Pneumatikmotoren ist die automatische Anpassung der Drehzahl bei Lastveränderung. Im Leerlauf arbeitet der Druckluftmotor bei völliger Entlastung. Steht eine geringe Last entgegen, also ein geringes Drehmoment an der Motorspindel, liegt die Arbeitsdrehzahl nahe der Leerlaufdrehzahl. Die Arbeitsdrehzahl verringert sich, sobald das Drehmoment ansteigt. Bei 50 % der Leerlaufdrehzahl erreicht der Druckluftmotor seine maximale Leistung. In diesem Bereich ist er besonders energieeffizient.

Im Vergleich zum Elektromotor liefert der Druckluftmotor ein hohes Startmoment und kann problemlos bis zum Stillstand belastet bzw. überlastet werden. Nach Reduzierung der Last läuft er sofort wieder an. Ein weiterer Vorteil ist der sinkende Energiebedarf von Druckluftmotoren bei ansteigendem Drehmoment während der Elektromotor beim Maximalmoment den höchsten Stromverbrauch hat. Außerdem ist Druckluft grundsätzlich ein unproblematischer Energieträger: Es entsteht keinerlei Gefahr durch Elektrizität, ein Kurzschluss ist ausgeschlossen.

Auslegung auf Maximaldrehmoment

Für die Motorauslegung sind vor allem die gewünschte Wickelgeschwindigkeit und das Maximaldrehmoment entscheidend. Zur Berechnung des Maximaldrehmoments wird der größtmögliche Rollendurchmesser, d. h. die Rolle im komplett aufgewickelten Zustand, zur Berechnung herangezogen. Die Wickelgeschwindigkeit soll auch im voll aufgewickelten Zustand sicher gestellt sein. Wenn jedoch die Rolle weniger Material trägt, der Rollendurchmesser kleiner wird, wickelt der Motor das Wickelgut automatisch schneller – die Arbeitsdrehzahl passt sich entsprechend der Last (dem geringen Drehmoment) an. Dreht der Motor zu schnell, kann diese Drehzahl durch Veränderung der Luftmenge, des Betriebsdrucks oder einer Kombination aus beiden stufenlos angepasst werden.  

Drehzahlregelung durch Luftmenge

Durch die Regelung der Luftmenge lässt sich die Drehzahl einfach und flexibel reduzieren. Zu- oder Abluftdrosselung stehen je nach Anwendungssituation zur Auswahl. Durch Abluftdrosselung verringert sich die Drehzahl des Motors ohne die Leistung bzw. das Drehmoment des Druckluftmotors nennenswert herabzusetzen. Ein Drosselventil hält die Abluft zurück und erzeugt so einen Stau- oder Gegendruck – die Drehzahl verringert sich.

Möchte man zusätzlich auch die Leistung bzw. das Drehmoment des Motors verringern, dann empfiehlt es sich die Zuluft zu drosseln. Geht es beispielsweise bei einer Wickelanwendung darum, das Endlosmaterial beim Wickeln straff zu halten, muss die Druckluft dauerhaft am Motor anstehen.

Drehzahlregelung durch Betriebsdruck

Die technischen Daten der DEPRAG Druckluftantriebe basieren auf einem Betriebsdruck von 6 bar. Jeder dieser Motoren kann beliebig zwischen 4 und 6,3 bar betrieben werden, um die Leistungsstärke entsprechend an die jeweilige Anwendung anzupassen. Ist beispielsweise ein Druckluftmotor für das Wickelgut Papier zu „stark“ ausgelegt, könnte das Papier bei der Wickelung reißen. Hier empfiehlt sich eine Reduzierung des Betriebsdrucks. Mit Hilfe der Zuluftdrosselung kann die Motorleistung so verringert werden, dass ein Abreißen verhindert wird. Die Absenkung des Betriebsdrucks um 1 bar bewirkt eine Reduzierung des Drehmoments um 17 %. Betreibt man den Motor bei 4 bar, verringert sich das Drehmoment um 33 %.

In einer Wickelanwendung kann der Druckluftmotor, der mit 4 bar betrieben wird für eine leerer werdende Rolle immer noch zu stark sein. Um den Drehmomentbereich des Druckluftmotors noch weiter auszunutzen, bietet DEPRAG die Möglichkeit, den Motor mit federbelastenden Lamellen, den sogenannten Zwangsanlauflamellen auszustatten. Mit Hilfe dieser Lamellen mit Schenkelfeder ist es möglich, den Pneumatikmotor sogar mit einem Betriebsdruck von weniger als 1 bar zu betreiben.

ATEX und Lebensmittelkonformität

Die Druckluftmotoren der BASIC LINE, ADVANCED LINE und POWER LINE Serie sind zudem ATEX-konform und für den explosionsgeschützten Bereich zugelassen. Durch die Entspannung der Luft kühlt entstehende Reibungswärme ab und auch unter Last ist eine Überhitzung des Lamellenmotors und somit das Zünden von Gasen ausgeschlossen. Durch den inneren Überdruck wird außerdem das Eindringen von Staub und Schmutz verhindert.

Für den Einsatz im Lebensmittelbereich, z. B. in Verpackungsmaschinen müssen Druckluftmotoren Reinigungsmitteln und Wasserdampf standhalten. ADVANCED LINE Motoren mit Außenteilen aus Edelstahl sind abgedichtet und müssen nicht speziell eingehaust werden. DEPRAG Druckluftmotoren können ölfrei, d. h. mit ungeölter Luft, betrieben werden. Für die Schmierung der Planetengetriebe verwendet DEPRAG ein lebensmittelkonformes USDA-H1-Fett.

Die DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. mit Firmensitz in Amberg ist mit ca. 700 Mitarbeitern in über 50 Ländern weltweit vertreten. DEPRAG zählt zu den marktführenden Herstellern von Druckluftmotoren mit dem größten Spektrum an hochwertigen Edelstahlantrieben und innovativen Turbinen. Das inhabergeführte Familienunternehmen bietet mit seinem Standardprogramm an Druckluftmotoren eine Vielzahl von Varianten, aus denen nach dem Baukastenprinzip individuelle Antriebslösungen für die nachgefragte Anwendung zu einem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis entwickelt und gefertigt werden können.