Hoe werkt een luchtverzorging?

In de blog ‘Wat is een luchtverzorging?’ is beschreven dat een luchtverzorging in een pneumatisch systeem nodig is om de persluchtkwaliteit in stand te houden en om de machine centraal te kunnen aansturen. Dit om de levensduur van de componenten te verlengen en de werking van de machine te optimaliseren ten aanzien van betrouwbaarheid, beschikbaarheid, efficiëntie (energieverbruik), veiligheid en nauwkeurigheid. In deze blog gaan we in op de componenten die hiervoor nodig zijn.

Filters in luchtverzorging handhaven persluchtkwaliteit

In het kader van persluchtkwaliteit beschikt de luchtverzorging over diverse filters en een drogers. De filters zijn er om zowel deeltjes als vocht uit de perslucht te verwijderen, de droger ondersteunt een diepere droging van de perslucht.

Filterregelventiel

Een eerste filtratiestap wordt gerealiseerd in het filterregelventiel, ook wel filterreduceer genoemd. Naast het feit dat dit ventiel de druk van de perslucht regelt, is hij onder de behuizing voorzien van een condensbeker en een filterpakket.

In het kader van de drukregeling, wordt de perslucht door een schoepenpakket [1] geleid dat een werveling creëert. Omdat de dichtheid van vocht hoger is dan die van perslucht, zal het vocht door de centrifugaalkracht van de werveling tegen de bekerwand slaan [2]. Dit vocht loopt vervolgens in de beker en is handmatig of automatische af te tappen.

shot 11

Wanneer de perslucht het ventiel verlaat, passeert hij eerst een filter. Afhankelijk van de filterfijnheid worden hier de vaste deeltjes vanaf een bepaalde grootte afgevangen. Festo heeft filterregelventielen in twee typen beschikbaar met een filterfijnheid van respectievelijk 40 en 5 µm. Met het 40 micron filterreduceer ventiel is perslucht te produceren die voldoet aan de door Festo geadviseerde minimale kwaliteitsklasse 7:4:4. conform ISO 8573-1:2010.

Fijnfilter

Wanneer de persluchtkwaliteit hoger moet zijn dan de standaard, is het noodzakelijk een filter met een hogere filterfijnheid toe te passen. In dat geval zal er in verschillende trappen moeten worden gefiltreerd. Indien een applicatie bijvoorbeeld vereist dat alleen deeltjes kleiner dan 1 µm in de perslucht mogen achterblijven, dan is het verstandig om eerst de grotere deeltjes af te vangen in bijvoorbeeld de trappen 40 en 5 µm. Gebeurt dat niet, dan zullen álle deeltjes groter dan 1 µm op dit zeer fijne filter achterblijven wat al snel tot verzadiging en bijbehorende hoge drukval zal leiden. De verzadiging van het filter is in alle gevallen te monitoren door toepassing van een differentiaal indicatie op het filter. Wanneer de verschildruk te hoog wordt, zal hij rood kleuren.

Highflow

Filters verhogen in principe de weerstand en reduceren hiermee de doorlaat of flow. Om deze impact te minimaliseren, is het mogelijk om voor ‘High Flow’ filters te kiezen. Deze elementen hebben een groter filteroppervlak waardoor de impact op de flow lager wordt. Uiteraard is er dan wel meer inbouwruimte nodig.

Actiefkool filter

Om specifiek olie en aerosolen tot het hoogste kwaliteitsniveau te filtreren, is een actiefkool filter toe te passen. Olie hecht zich op moleculair niveau aan het kool op basis van adsorptie. Olie is hiermee tot 0,003 mg/m3 te verwijderen.

Membraandroger

In het kader van persluchtkwaliteit noemen we tot slot de membraandrogers. Deze worden ingezet wanneer het eerder besproken filterrreduceerventiel het vochtgehalte en hiermee het drukdauwpunt niet voldoende kunnen reduceren. Standaard brengen de filterreduceerventielen het drukdauwpunt tot 3 °C . Dat betekent dat perslucht boven deze temperatuur niet kan condenseren en dus ook geen vochtvorming in de leiding kan veroorzaken.

Kritische toepassingen vragen vaak om een lager dauwpunt wat kan worden bereikt door inzet van een membraandroger. Deze drogers creëren een klein drukverschil tussen twee kamers die van elkaar gescheiden zijn door een vochtopnemend membraan. Door het drukverschil wordt de perslucht door deze membraan gedrukt waarbij eventueel aanwezig vocht achterblijft. Op deze manier is het drukdauwpunt van de perslucht met minimaal 15 °C te verlagen. Indien dit nog niet voldoende is, bestaat ook de mogelijkheid een dubbel uitgevoerde adsorptiedroger in te zetten.

Sensoren in de luchtverzorging

Voor het centraal regelen van de pneumatiek beschikt de luchtverzorging over diverse sensoren die verschillende parameters monitoren..

Druksensoren

Twee belangrijke parameters met betrekking tot perslucht zijn druk en flow (ook doorlaat of volumestroom genoemd). Druksensoren hebben als voordeel dat er geen stroming vereist is om de meting uit te voeren. Dit betekent dat praktisch elke luchtverzorging is uit te rusten met een druksensor. Daarbij zijn diverse opties mogelijk; van eenvoudige teachin sensor met LED indicatie voor instelbare drukniveaus tot meerkleurige afleesbare LCD varianten met programmeer functionaliteit.

Sensoren voor flowmetingen worden ingebouwd in de stromingsrichting en zijn dus alleen als aparte module beschikbaar. Voor een betrouwbare meting is het bovendien van belang dat de sensor zich in een laminaire luchtstroom bevindt. Dit is te realiseren door vóór de flowsensor een component te plaatsen die geen verstoringen of wervelingen veroorzaakt. De flowsensor is hiermee uitsluitend samen te bouwen wanneer aan de ingaande zijde een verdeelblok (zonder specifieke functie) is geplaatst.

Ventielen

Tot slot bevat een luchtverzorging diverse ventielen om de betreffende applicatie centraal te kunnen aansturen.

Drukregelventiel

Een van de belangrijkste ventielen is het drukregelventiel of ook wel drukreduceer genoemd. Met dit ventiel wordt de werkdruk geregeld door eenvoudig aan een knop te draaien. Met behulp van een manometer of druksensor is de druk te monitoren en eventueel bij te stellen.

De werking is zichtbaar in de figuur: Door de draaiknop te verstellen, wordt de druk op het membraan [2] via de hoofdveer [1] aangepast. De regelzuiger [4] beweegt met het membraan mee naar beneden en laat de onderste afdichtingszitting [6] los. Indien de druk aan de werkpoort [5] de ingestelde werkdruk overschrijdt, kan de lucht ontsnappen via een andere afdichtende zitting in het membraan (secundaire ontluchting).

shot9

Veiligheidsventiel

Om de veiligheid voor mens, machine en omgeving te waarborgen, beschikt een luchtverzorging tevens over een zogenaamd veiligheidsventiel. Deze combineert diverse functies:

• Snelontluchting; Door een relatief grote ontluchtingspoort is het systeem relatief snel op atmosferische druk te brengen en hiermee de cilinders drukloos.

• Slow start; Met de slow start functie kan het systeem geleidelijk op druk worden gebracht. Hiermee is schade te voorkomen door actuatoren die eventueel direct in de resetpositie schieten. De snelheid waarmee het systeem op druk wordt gebracht is instelbaar.

• Redundant bediening; In lijn met de machineveiligheidsrichtlijnen zijn er redundant uitgevoerde ventielen beschikbaar. Hierin zijn de spoelen en positiesensoren dubbel uitgevoerd om eventuele productstoringen te kunnen opvangen.

In/afschakelventiel

Naast het regelen van de werkdruk, is de optie voor een centrale in/afschakeling een van de meest gewenste eigenschapen op een luchtverzorging. Met een in/afschakelventiel is de hoofddruk af te sluiten, waarbij gelijktijdig de druk aan de arbeidszijde wordt ontlucht [3] om het systeem drukvrij te maken. Het schakelen gebeurt handmatig door middel van een draaiknop [1]. In de knop [2] is tevens een LOTO (Lock Out Tag Out) aangebracht in het kader van veilig machineonderhoud. Naast een handmatige uitvoering zijn de inschakelventielen ook beschikbaar als elektrisch uitvoering die bijvoorbeeld vanuit een PLC zijn te schakelen.

shot 10
Overzicht