Antriebe : Druckluftmotor versus Elektromotor in der Lebensmittelindustrie

In der Lebens- und Nahrungsmittelindustrie sind oftmals Druckluftmotoren im Einsatz. So etwa zum Teig rühren, Teigbahnen fördern und schneiden, in Rührwerken zur Herstellung von Fruchtsaft oder auch in Mahlwerken und Fördersystemen in der Getreideverarbeitung. Was aber sind hier die Vorteile gegenüber Elektromotoren?

Grundsätzlich lassen sich die Antriebsarten nicht Eins-zu-Eins miteinander vergleichen. Dennoch gibt es viele gute Gründe für den Einsatz eines Druckluftmotors: Einer der Hauptvorteile ist seine hohe Leistungsdichte. Je nach Ausführung hat ein Druckluftmotor nur ein Fünftel der Masse eines Elektromotors oder ein Drittel seiner Größe. Das ist vor allem für den Einsatz in handgeführten Geräten entscheidend, aber natürlich auch in Robotersystemen, bei denen sich der Antrieb mit dem Roboterarm bewegt.

Gerade in kritischen Umgebungen ist Druckluft ein unproblematischer Energieträger - es besteht keine Gefahr durch Elektrizität. Die Leistungsabgabe des Druckluftmotors ist über weite Drehzahlbereiche nahezu konstant. Druckluftmotoren können daher auch in einem weiten Bereich wechselnder Lasten optimal betrieben werden. Der Druckluftmotor kann bis zum Stillstand belastet werden, ohne Schaden zu nehmen, da heißt er ist abwürgefest. Nach Reduzierung der Last läuft er sofort wieder an, und zwar beliebig oft hintereinander. Die Motorleistung eines Druckluftmotors kann durch Veränderung des Betriebsdrucks leicht angepasst werden. Und auch die Drehzahl kann man durch Drosselung der Luftmenge stufenlos reduzieren.

Die Effizienz eines Antriebes hängt immer von den Einsatzbedingungen ab. Ein Beispiels aus der Verpackungsindustrie verdeutlicht das: Ein Motor soll in einer Verpackungsmaschine eine Drehzahl von 450 U/min erreichen. Zum Verschließen eines Verpackungsbandes wird über einen längeren Zeitraum bei reduzierter Drehzahl ein Drehmoment von 25 Nm benötigt. Elektromotoren können nicht über einen längeren Zeitraum überlastet werden, ohne dass die Gefahr einer unzulässigen Überhitzung besteht. Deshalb muss ein Elektromotor für diese Verpackungsmaschine auf das Lastmoment ausgelegt sein und würde eine Leistung von 1170 W benötigen (25 Nm mal 450 U/min geteilt durch 9550).

Ganz anders beim Druckluftmotor: Aufgrund des günstigen Drehmomentverlaufs von Druckluftmotoren reicht ein Antrieb mit geringerer Leistung. In diesem Fall würde man einen Druckluftmotor mit einem Nenndrehmoment von 15 Nm bei einer Nenndrehzahl von 275 U/min wählen. Da das Arbeitsdrehmoment unter dem Nenndrehmoment liegt, dreht der Motor bei geringer Last nahe der Leerlaufdrehzahl von 450 U/min. Die erforderliche Leistung des Druckluftmotors beträgt daher nur 430 W. Wenn für den Druckluftmotor dieser Verpackungsmaschine nur ein Drittel der Leistung eines Elektromotors installiert werden muss, spricht die Energiebilanz eindeutig für den Druckluftmotor.

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