Ein pneumatischer Motor (Luftmotor) oder Druckluftmotor ist eine Art von Motor, der mechanische Arbeit leistet, indem er komprimierte Luft expandiert. Pneumatische Motoren wandeln im Allgemeinen die Druckluftenergie entweder durch lineare oder rotierende Bewegung in mechanische Arbeit um. Die lineare Bewegung kann entweder von einem Membran- oder Kolbenantrieb kommen, während die Drehbewegung entweder von einem Luftmotor vom Schaufeltyp, einem Kolbenluftmotor, einem Luftturbinenmotor oder einem Getriebetyp geliefert wird.
Pneumatische Motoren haben in den letzten zwei Jahrhunderten in vielen Formen existiert und reichen von handgeführten Motoren bis zu Motoren von mehreren hundert PS. Einige Arten beruhen auf Kolben und Zylindern; andere auf geschlitzten Rotoren mit Flügeln (Flügelzellenmotoren) und andere verwenden Turbinen. Viele Druckluftmotoren verbessern ihre Leistung, indem sie die einströmende Luft oder den Motor selbst erwärmen. Pneumatische Motoren sind in der Handwerkzeugindustrie weit verbreitet, werden aber auch in vielen industriellen Anwendungen stationär eingesetzt. Es werden fortwährend Versuche unternommen, ihre Verwendung auf die Transportindustrie auszudehnen. Druckluftmotoren müssen jedoch Ineffizienzen überwinden, bevor sie als eine praktikable Option in der Transportindustrie angesehen werden.
Einstufung
Linear
Um eine lineare Bewegung von Druckluft zu erreichen, wird am häufigsten ein System von Kolben verwendet. Die Druckluft wird in eine luftdichte Kammer geleitet, die den Kolbenschaft aufnimmt. Auch innerhalb dieser Kammer ist eine Feder um den Schaft des Kolbens gewickelt, um die Kammer vollständig offen zu halten, wenn keine Luft in die Kammer gepumpt wird. Wenn Luft in die Kammer eingeführt wird, beginnt die Kraft auf die Kolbenwelle, die Kraft zu überwinden, die auf die Feder ausgeübt wird. Wenn mehr Luft in die Kammer eingeführt wird, steigt der Druck an und der Kolben beginnt sich in der Kammer nach unten zu bewegen. Wenn seine maximale Länge erreicht ist, wird der Luftdruck aus der Kammer abgelassen und die Feder vervollständigt den Zyklus durch Schließen der Kammer, um in ihre ursprüngliche Position zurückzukehren.
Kolbenmotoren werden in Hydrauliksystemen am häufigsten verwendet. Im Wesentlichen sind Kolbenmotoren die gleichen wie Hydraulikmotoren, außer dass sie verwendet werden, um hydraulische Energie in mechanische Energie umzuwandeln.
Kolbenmotoren werden oft in Reihen von zwei, drei, vier, fünf oder sechs Zylindern verwendet, die in einem Gehäuse eingeschlossen sind. Dies ermöglicht, dass mehr Leistung von den Kolben geliefert wird, da mehrere Motoren zu bestimmten Zeiten ihres Zyklus miteinander synchronisiert sind.
Diese pneumatischen Motoren sind pneumatische Zylinder oder Stangen. Im letzteren Fall wird die lineare Verschiebung der Stange durch die Einwirkung von Druckluft auf eine Seite eines Kolbens erhalten, wobei die andere Seite des Kolbens einen niedrigeren Druck hat, im allgemeinen nahe dem atmosphärischen Druck. Ein Wagenheber ermöglicht maximale Kraftausübung
F = Δp × S
Δp ist die maximale Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolbens und S sein Abschnitt.
Die einfachwirkenden Zylinder haben nur eine Kammer und die Rückführung des Kolbens in seine Ausgangsposition erfolgt durch eine Feder. Die doppeltwirkenden Zylinder haben zwei Kammern auf jeder Seite des Kolbens, die abwechselnd mit Druckluft versorgt oder entleert werden.
Diese Zylinder ermöglichen es, hohe Verdrängungsgeschwindigkeiten zu erzielen, die, um zu erhalten, die richtige Dimensionierung der Einlass- und Auslassventile und die Zufuhr von Druckluft erfordern.
Die lineare Verschiebung kann durch eine mechanische Vorrichtung in eine begrenzte Winkelrotation umgewandelt werden.
Drehschiebermotoren
Ein Typ eines pneumatischen Motors, der als ein Drehflügelmotor bekannt ist, verwendet Luft, um eine Drehbewegung zu einer Welle zu erzeugen. Das rotierende Element ist ein geschlitzter Rotor, der auf einer Antriebswelle montiert ist. Jeder Schlitz des Rotors ist mit einem frei gleitenden rechteckigen Flügel ausgestattet. Je nach Motorausführung werden die Lamellen über Federn, Nockenwirkung oder Luftdruck auf die Gehäusewände erweitert. Luft wird durch den Motoreingang gepumpt, der auf die Flügel drückt, wodurch die Drehbewegung der zentralen Welle erzeugt wird. Die Drehzahlen können zwischen 100 und 25.000 U / min variieren, abhängig von verschiedenen Faktoren, zu denen der Luftdruck am Motoreinlass und der Durchmesser des Gehäuses gehören.
Diese Motoren können einfache Zylinder zum direkten Erhalten der Drehung einer Achse mit einer begrenzten Amplitude sein oder Vorrichtungen, die die kontinuierliche Drehung einer Achse sicherstellen, die Elektromotoren ersetzen können, insbesondere für Anwendungen, die eine große Flexibilität des Betriebs und insbesondere eine hohe erfordern Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit oder Null. Diese Motoren können Turbine oder Kolben sein.
Eine Anwendung für Flügelzellen-Luftmotoren ist der Start großer industrieller Diesel- oder Erdgasmotoren. Gespeicherte Energie in Form von Druckluft, Stickstoff oder Erdgas gelangt in die abgedichtete Motorkammer und übt Druck auf die Flügel eines Rotors aus. Dies bewirkt, dass sich der Rotor mit hoher Geschwindigkeit dreht. Da das Schwungrad des Motors viel Drehmoment benötigt, um den Motor zu starten, werden Untersetzungsgetriebe verwendet. Untersetzungsgetriebe erzeugen mit geringerem Energieeintrag hohe Drehmomente. Diese Untersetzungsgetriebe ermöglichen, dass ein ausreichendes Drehmoment durch das Motorschwungrad erzeugt wird, während es durch das Ritzel des Luftmotors oder Luftstarters in Eingriff gebracht wird.
Operation
Der Betrieb einer Gasentspannungsmaschine entspricht dem einer Dampfmaschine, beide gehören zu den Kolbenmotoren. Das Einlassventil öffnet und lässt das Hochdruckgas in der Expansionskammer (Zylinder). Nach dem Schließen des Einlassventils dehnt sich das Gas bis zum Expansionsendpunkt aus. Typischerweise kühlt das Gas ab, d. H. seine Temperatur fällt von selbst ab. Die Umgebungstemperatur ist dann üblicherweise höher als die des Gases und das Gas kann etwas Wärme durch die Kolbenwand absorbieren, dh Wärmeenergie, was die Ausbeute leicht erhöht (= mechanische Energie pro Ausgangsdruck x Druckgasvolumen). Das Gas strömt mit dem erforderlichen Restdruck durch das Auslassventil. Der Motor kann als einfach oder doppelt wirkender Kolbenmotor ausgebildet sein. Im unteren Leistungsbereich sind auch Drehkolben erhältlich.
Die mechanische Arbeit, die von dem Gasexpansionsmotor geliefert wird, stammt von der Enthalpie, die in dem Gas in dem adiabatischen Expansionsereignis gespeichert ist. Bei der isothermen Relaxation nimmt die freigesetzte mechanische Arbeit um die absorbierte Exergie zu.
Eine andere Möglichkeit, die im Druckgas enthaltene Enthalpie in eine Drehbewegung umzuformen, die einen Lamellenmotor bietet.
Ab Ende des 19. Jahrhunderts wurden Gasexpansionsmotoren gebaut, die mit Kohlendioxid aus Druckzylindern betrieben wurden. Mit diesen sogenannten „carbonic engines“ wurden beispielsweise Hubrettungslokomotiven bewegt und Otto Lilienthal experimentierte mit ihnen als Antrieb für seine Flugzeuge.
Gasausdehnungsmotoren können als Druckregler verwendet werden. Das Anwendungsgebiet für große Gasexpansionsmotoren (> 5 kW) ist die Energierückgewinnung bei der Gasförderung aus Gaspipelines.
Die gebräuchlichste Verwendung ist die Verwendung von kleinen Gasausdehnungsmotoren, die mit Druckluft betrieben werden und die handgehaltene Werkzeuge antreiben. Relativ üblich ist auch der Einsatz von Freikolbenmaschinen, die als Pumpe arbeiten.
Im Prinzip kann der pneumatische Motor auch als Fahrzeugantriebsquelle verwendet werden, aber in der Vergangenheit waren in Drucktanks Entropie so klein zu tragen und die Gesamteffizienz ist so gering, dass der Einsatz nicht wirtschaftlich war. Für Torpedos waren Luftmotoren lange Zeit im Einsatz.
Luftmotoren wurden und werden im Untertagebau eingesetzt. Im rauen, feucht-staubigen Klima unter Tage in engen Tunneln sind Schleifleitungen und Stromabnehmer schwer zu realisieren. Insbesondere im Kohlebergbau tritt die Emission von brennbarem Methan auf. Methan und / oder Kohlenstaub bildet explosive Gemische mit Luft, die vor Funken, wie sie in elektrischen Stromkreisen auftreten, geschützt werden müssen.
Von den 1990er Jahren bis etwa 2002 gab es Projekte und Ankündigungen, dass es ein serienreifes Fahrzeug mit Luftantrieb, dem Aircar oder dem pneumatischen Auto geben sollte. Diese Ankündigungen wurden von einer in Luxemburg ansässigen französischen Firma erneuert, die ankündigte, dass sie ab 2009 OneCat produzieren will. Die Ankündigung wurde nicht implementiert.
Anwendung
Eine weit verbreitete Anwendung von Druckluftmotoren ist in Handwerkzeugen, Schlagschraubern, Impulswerkzeugen, Schraubendrehern, Mutternläufern, Bohrern, Schleifmaschinen, Schleifmaschinen und so weiter. Pneumatische Motoren werden auch stationär in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Obwohl die Gesamtenergieeffizienz von Pneumatikwerkzeugen gering ist und sie Zugang zu einer Druckluftquelle benötigen, gibt es mehrere Vorteile gegenüber Elektrowerkzeugen. Sie bieten eine höhere Leistungsdichte (ein kleinerer pneumatischer Motor kann die gleiche Leistung wie ein größerer Elektromotor bereitstellen), benötigen keinen zusätzlichen Geschwindigkeitsregler (was zu ihrer Kompaktheit beiträgt), erzeugen weniger Wärme und können in flüchtigeren Atmosphären verwendet werden da sie keine elektrische Energie benötigen und keine Funken erzeugen. Sie können geladen werden, um mit vollem Drehmoment ohne Schaden zu stoppen.
In der Vergangenheit haben viele Personen versucht, pneumatische Motoren in der Transportindustrie einzusetzen. Guy Negre, CEO und Gründer von Zero Pollution Motors, ist seit den späten 1980er Jahren Vorreiter in diesem Bereich. Kürzlich hat Engineair auch einen Drehmotor zur Verwendung in Automobilen entwickelt. Engineair platziert den Motor direkt neben dem Rad des Fahrzeugs und verwendet keine Zwischenteile zur Übertragung der Bewegung, was bedeutet, dass fast die gesamte Motorenergie zum Drehen des Rads verwendet wird.
Geschichte im Transportwesen
Der pneumatische Motor wurde erstmals Mitte des 19. Jahrhunderts im Transportbereich eingesetzt. Obwohl wenig über das erste aufgezeichnete Druckluftfahrzeug bekannt ist, wird gesagt, dass die Franzosen Andraud und Tessie von Motay am 9. Juli 1840 auf einer Teststrecke in Chaillot, Frankreich am 9. Juli 1840 ein mit einem Druckluftmotor angetriebenes Auto fuhren. Obwohl das Auto Test wurde berichtet, um erfolgreich gewesen zu sein, das Paar hat keine weitere Erweiterung des Designs untersucht.
Die erste erfolgreiche Anwendung des pneumatischen Motors im Transportwesen war der Mekarski-Systemluftmotor, der in Lokomotiven verwendet wird. Mekarskis innovativer Motor überwand die Kühlung, die mit der Luftexpansion einhergeht, indem er vor der Verwendung in einem kleinen Boiler die Luft erwärmt. Die Tramway de Nantes, in Nantes, Frankreich, war bekannt dafür, dass sie als Erste Mekarski-Motoren für den Antrieb ihrer Lokomotivflotte einsetzte. Die Straßenbahn wurde am 13. Dezember 1879 in Betrieb genommen und funktioniert heute noch, obwohl die pneumatischen Straßenbahnen 1917 durch effizientere und modernere elektrische Straßenbahnen ersetzt wurden.
Der Amerikaner Charles Hodges fand auch Erfolg mit Druckluftmotoren in der Lokomotivindustrie. 1911 entwarf er eine pneumatische Lokomotive und verkaufte das Patent an den H.K. Porter Company in Pittsburgh für den Einsatz in Kohlebergwerken. Da Druckluftmotoren keine Verbrennung verwenden, waren sie eine viel sicherere Option in der Kohleindustrie.
Viele Unternehmen behaupten, Druckluftautos zu entwickeln, aber keine sind tatsächlich zum Kauf oder sogar unabhängigen Tests verfügbar.
Werkzeuge
Schlagschrauber, Impulswerkzeuge, Schrauber, Bohrer, Schleifmaschinen, Schleifmaschinen, Schleifmaschinen, Dentalbohrer und andere pneumatische Werkzeuge verwenden eine Vielzahl von Luftmotoren. Dazu gehören Flügelzellenmotoren, Turbinen und Kolbenmotoren.
Torpedos
Die erfolgreichsten frühen Formen von selbstfahrenden Torpedos verwendeten Hochdruckluftdruck, obwohl dieser durch interne oder externe Verbrennungsmotoren, Dampfmaschinen oder Elektromotoren ersetzt wurde.
Eisenbahnen
Druckluftmotoren wurden in Straßenbahnen und Rangierern eingesetzt und fanden schließlich eine erfolgreiche Nische in Bergbaulokomotiven, obwohl sie am Ende durch elektrische Züge unter Tage ersetzt wurden. Im Laufe der Jahre nahmen die Konstruktionen an Komplexität zu, was zu einer Dreifach-Expansionsmaschine mit Luft-Luft-Zwischenerhitzern zwischen jeder Stufe führte. Für weitere Informationen siehe Fireless Lokomotive und Mekarski System.
Flug
Flugzeuge der Transportkategorie, wie beispielsweise Verkehrsflugzeuge, verwenden Druckluftstarter, um die Hauptmotoren zu starten. Die Luft wird vom Lastkompressor des Hilfsaggregats des Flugzeugs oder von der Bodenausrüstung geliefert.
Wasserraketen benutzen komprimierte Luft, um ihren Wasserstrahl anzutreiben und Schub zu erzeugen, sie werden als Spielzeuge benutzt.
Air Hogs, eine Spielzeugmarke, verwendet auch Druckluft, um Kolbenmotoren in Spielzeugflugzeugen (und einigen anderen Spielzeugfahrzeugen) anzutreiben.
Automobil
Derzeit besteht ein gewisses Interesse an der Entwicklung von Luftfahrzeugen. Für diese wurden mehrere Motoren vorgeschlagen, obwohl keiner die Leistungsfähigkeit und lange Lebensdauer für den persönlichen Transport gezeigt hat.
Energine
Die Energine Corporation war ein südkoreanisches Unternehmen, das behauptete, komplett zusammengebaute Autos zu liefern, die mit einem Hybrid-Druckluft- und Elektromotor betrieben wurden. Der Druckluftmotor wird verwendet, um einen Wechselstromgenerator zu aktivieren, der die autonome Betriebskapazität des Autos erweitert. Der CEO wurde festgenommen, weil er Luftmotoren mit falschen Behauptungen betrügerisch gefördert hatte.
Motorraum
Die australische Firma EngineAir stellt einen mit Druckluft betriebenen Rotationsmotor namens Di Pietro Motor her. Das Di Pietro Motorkonzept basiert auf einem Rotationskolben. Der Di Pietro Motor unterscheidet sich von den bestehenden Rotationsmotoren durch einen einfachen zylindrischen Drehkolben (Wellentreiber), der reibungsarm im zylindrischen Stator rollt.
Es kann in Booten, Autos, Lastwagen und anderen Fahrzeugen verwendet werden. Nur ein Druck von 1 psi (6,8 kPa) wird benötigt, um die Reibung zu überwinden. Der Motor wurde am 24. März 2004 auch in Australien im ABC-Programm New Inventors vorgestellt.
K’Airmobile
K’Airmobile Fahrzeuge sollten aus einem Projekt finanziert werden, das 2006-2007 in Frankreich von einer kleinen Gruppe von Forschern entwickelt wurde. Das Projekt konnte jedoch nicht die notwendigen Mittel beschaffen.
Man sollte beachten, dass das Team inzwischen die physikalische Unmöglichkeit erkannt hat, an Bord gelagerte komprimierte Luft aufgrund ihrer schlechten Energiekapazität und der thermischen Verluste, die aus der Ausdehnung des Gases resultieren, zu verwenden.
Heutzutage wird das Projekt mit Hilfe des zum Patent angemeldeten „K’Air Generators“, der zu einem Druckgasmotor umgebaut wurde, 2010 gestartet, dank einer nordamerikanischen Investorengruppe, aber mit dem Ziel, zunächst ein Green zu entwickeln Energiesystem.
MDI
Im ursprünglichen Nègre-Luftmotor komprimiert ein Kolben Luft aus der Atmosphäre, um sich mit der gespeicherten Druckluft zu vermischen (die sich beim Ausdehnen drastisch abkühlt). Diese Mischung treibt den zweiten Kolben an und liefert die tatsächliche Motorleistung. Der MDI-Motor arbeitet mit konstantem Drehmoment, und die einzige Möglichkeit, das Drehmoment auf die Räder zu ändern, besteht darin, ein Riemenscheibengetriebe mit konstanter Änderung zu verwenden, wodurch ein gewisser Wirkungsgrad verloren geht. Wenn das Fahrzeug angehalten wurde, musste der MDI-Motor an und funktionierte, wodurch Energie verloren ging. In den Jahren 2001-2004 wechselte MDI zu einem Design, das dem in Reguscis Patenten (siehe unten) beschriebenen ähnelt, die auf das Jahr 1990 zurückgehen.
Es wurde im Jahr 2008 berichtet, dass der indische Autohersteller Tata einen MDI-Druckluftmotor als eine Option auf seine preiswerten Nano-Automobile betrachtet. Tata kündigte 2009 an, dass sich das Druckluftfahrzeug aufgrund seiner geringen Reichweite und der Probleme mit niedrigen Motortemperaturen nur schwer entwickeln könne.
Quasiturbine
Der pneumatische Quasiturbinenmotor ist ein kolbenloser Druckluftkolbenmotor mit einem rhombusförmigen Rotor, dessen Seiten an den Scheiteln angelenkt sind.
Die Quasiturbine hat sich als Druckluftmotor mit gespeicherter Druckluft erwiesen
Es kann auch die Energieverstärkung ausnutzen, die durch die Nutzung von verfügbarer externer Wärme, wie beispielsweise Solarenergie, möglich ist.
Die Quasiturbine rotiert von einem Druck so niedrig wie 0,1 atm (1,47 psi).
Da die Quasiturbine eine reine Expansionsmaschine ist, während die Wankel und die meisten anderen Rotationsmaschinen dies nicht sind, ist sie als Druckfluidmotor, Luftmotor oder Luftmotor gut geeignet.
Regusci
Armando Reguscis Version des Luftmotors koppelt das Übertragungssystem direkt an das Rad und hat ein variables Drehmoment von Null bis zum Maximum, was die Effizienz erhöht. Reguscis Patente stammen aus dem Jahr 1990.
Team psychoaktiv
Psycho-Active entwickelt ein Multi-Fuel / Air-Hybrid-Chassis, das als Grundlage für eine Automobillinie dienen soll. Anspruch auf Leistung ist 50 PS / Liter. Der von ihnen verwendete Druckluftmotor wird als DBRE oder Bake Rotary Engine bezeichnet.
Defekte Luftmotorkonstruktionen
Conger-Motor
Milton M. Conger im Jahr 1881 patentierte und angeblich gebaut einen Motor, der Druckluft oder Dampf lief, die mit einem flexiblen Schlauch, der eine keilförmige oder geneigte Wand oder Widerlager in der Rückseite der Tangentiallagerung des Rades bilden wird, und treiben es an mit mehr oder weniger Geschwindigkeit entsprechend dem Druck des Treibmittels.