Hydraulische aandrijving vs. Pneumatische aandrijving: Belangrijkste verschillen, toepassingen en selectie

In de moderne industrie kunnen automatiseringssystemen niet zonder een actuator en hebben ze er een nodig om mechanische bewerkingen zoals duwen, grijpen, positioneren en nog veel meer te besturen. Typen actuators kunnen worden onderverdeeld in vele categorieën, maar de meest prominente zijn hydraulische en pneumatische actuators, die zich onderscheiden door hun type energie of energiebron. Hun prestaties en werkingsprincipes verschillen sterk van elkaar, waardoor ze kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen in verschillende sectoren van de industrie. Dit artikel is bedoeld om de belangrijkste verschillen tussen hydraulische en pneumatische actuators, hun belangrijkste voordelen, typische toepassingsscenario's en richtlijnen voor het maken van de juiste keuze tijdens het ontwerpproces uit te leggen.

Het kennen van de fundamentele verschillen tussen hydraulische en pneumatische actuators is net zo belangrijk als het kennen van de basisregels van de grammatica bij het leren van een nieuwe taal. Met een solide basis kan een automatiseringsoplossing fundamenteler en effectiever worden ontworpen en geoptimaliseerd.

Wat is een hydraulische actuator?

Een hydraulische actuator is een apparaat dat gebruik maakt van een vloeistof onder hoge druk, meestal hydraulische olie of smeermiddelen voor apparatuur, en deze omzet in beweging of kracht. Het basisprincipe is gebaseerd op het gebruik van vloeistoffen die niet kunnen worden samengedrukt. De hydraulische pomp genereert druk voor de hydraulische olie en deze olie wordt door buizen naar de actuator gepompt, zoals soorten cilinders (zoals hydraulische cilinders) en motoren. De voortdurende vloeistofdruk van de hogedrukolie duwt tegen de zuigers of schoepen in de actuator en er wordt een grote stuwkracht of koppel bereikt waardoor een lineaire of roterende beweging mogelijk wordt. Een compleet hydraulisch systeem bestaat uit, maar is niet beperkt tot, een hydraulische pomp, een elektromotor om de pomp aan te drijven, een reservoir, filter, koeler, regelkleppen en leidingen en fittingen. Zoals bekend is een hydraulisch systeem een van de beste oplossingen in toepassingen waar grote precisie en controle nodig zijn met een hoge krachtafgifte, vooral bij zware belasting, vaak brute kracht of de grootste kracht genoemd. Dit is al lang bekend in de industrie.

Wat is een pneumatische aandrijving?

Een pneumatische actuator gebruikt samengeperste gassenergie, meestal luchtdruk, om kracht en beweging te creëren. Het werkingsprincipe is gebaseerd op een luchtcompressor die omgevingslucht samenperst en opslaat in een opvangtank. De lucht wordt vervolgens verwerkt in voorbereidingseenheden zoals filters, regelaars en in sommige gevallen smeertoestellen. De verzameltank met filters, regelaars en smeertoestellen moet vrij zijn van olie, vuil en vocht en de juiste druk hebben. Drukgeregelde droge, schone perslucht wordt vervolgens via leidingen naar de actuator gestuurd, wat een pneumatische cilinder of motor kan zijn, ook wel pneumatische apparaten genoemd. De actuator, bekend als het positieve verplaatsingstype, reageert op het pneumatische signaal en duwt of draait de zuiger en schoepen, waardoor een lineaire beweging of een roterende beweging mogelijk is. Pneumatische systemen genieten de voorkeur vanwege hun eenvoudige structuur, snelle werking en schone werking. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen met lichte belasting en in productielijnen.

Belangrijkste verschillen: Een gedetailleerde vergelijking

Zowel hydraulische als pneumatische actuators werken met vloeistofdruk, maar hun prestaties, systeemeigenschappen, aanpasbaarheid aan de omgeving en kosten verschillen sterk. Dit onderscheid is belangrijk om te beoordelen welke technologie het beste past in een bepaalde context.

Prestatieverschillen

De verschillen vallen op bij kracht en vermogensdichtheid. Hydraulische systemen werken vaak bij hogere drukken, variërend van tientallen tot honderden megapascal, waardoor hydraulische motoren enorme stuwkracht of een hoog koppel kunnen produceren. Voor bewerkingen die een zeer hoog koppel of een aanzienlijke kracht vereisen, bijvoorbeeld het heffen van zware lasten, klemmen of aandrijvingen met een hoog koppel, wordt vaak de voorkeur gegeven aan hydraulische motoren. Verder hebben ze een hoge vermogensdichtheid; dat wil zeggen dat ze grote kracht kunnen leveren in een klein volume. Bij pneumatische systemen is de werkdruk lager, meestal van 0,4 tot 1,0 MPa, en dus is de uitgaande kracht ook lager. De uitgaande kracht kan worden verhoogd door grotere actuators te gebruiken, maar dit maakt ze minder compact.

Als het gaat om het reageren op snelheid en het regelen van de snelheid, hebben pneumatische actuators een concurrentievoordeel in respons en snellere beweging, geschikt voor hoge snelheden. Hun gereedheid wordt gekenmerkt door de lage dichtheid en gemakkelijke stroming van het gas waardoor ze snel kunnen starten en stoppen. Om deze redenen zijn ze geschikt voor acties met hoge snelheden. Maar door de samendrukbaarheid van lucht is precieze snelheidsregeling in pneumatische systemen moeilijk en gemakkelijk te veranderen door de belasting. Hydraulische systemen daarentegen bewegen langzamer, maar hebben een nauwkeurige en stabiele snelheidsregeling op het bovenste niveau door de incompressibiliteit van vloeistof. Ze kunnen ook een vaste snelheid aanhouden bij constant veranderende belastingen, waardoor nauwkeurige lineaire bewegingen mogelijk zijn.

Hydraulische actuators zijn ongeëvenaard in precisie, stijfheid en positioneerbaarheid. Door de incompressibiliteit van vloeistoffen hebben hydraulische systemen een hoge mate van stijfheid en daardoor een zeer lage positie- en snelheidsverandering onder externe invloeden. Dit helpt bij het bereiken van een stabiele beweging en precisie in de vastgehouden positie, wat essentieel is in systemen die een nauwkeurige positie- of krachtregeling nodig hebben. Pneumatische systemen zijn minder effectief vanwege de samendrukbaarheid van gas, verminderde stijfheid, aanwezigheid van elastische vervorming, positieafwijking onder variërende belasting en vereisen uitgebreide regeltechnieken om tot een zeer nauwkeurige positionering te komen.

Verschillen in systeemkenmerken en omgeving

Hydraulische systemen zijn meestal ingewikkelder dan pneumatische systemen als het gaat om de complexiteit van het systeem en de onderdelen. Een complete hydraulische aandrijfeenheid, ingewikkelde kleppen en hogedrukleidingen moeten allemaal aanwezig zijn. Pneumatische systemen zijn vrij eenvoudig. Een luchtcompressor, opvangtank, luchtvoorbereidingseenheden, kleppen en leidingen zijn de belangrijkste onderdelen.

Wat betreft aanpasbaarheid en milieuvriendelijkheid zijn pneumatische systemen in het voordeel. Het gebruik van schone, droge perslucht verhoogt de veiligheid nog verder. Er wordt geen verontreiniging veroorzaakt door lekken, waardoor ze kunnen worden gebruikt in industrieën die een zeer hoge reinheid vereisen, zoals de voedselverwerkende industrie, de farmaceutische industrie en de elektronica. Pneumatische onderdelen zijn ook minder gevoelig voor perifere temperatuurveranderingen, zelfs in gebieden met extreme temperaturen. Hydraulische systemen gebruiken olie voor hun hydraulica. Deze olie kan ook lekken, wat vervuiling veroorzaakt, wat een risico op schade inhoudt en waarbij mogelijk gevaarlijke stoffen betrokken zijn. Ook deze systemen moeten zeer schoon zijn. Olie is gevoelig voor temperatuurveranderingen die de prestaties kunnen beïnvloeden en de behoefte aan extra extreme maatregelen kunnen vergroten, vooral bij extreme temperaturen.

Veiligheid is een ander punt van zorg. De hoge druk waarmee hydraulische systemen werken brengt grotere risico's met zich mee en vereist strengere veiligheidsmaatregelen en naleving van mechanische veiligheidseisen. Aan de andere kant hebben hydraulische systemen een goed zelfblokkerend vermogen; ze behouden de positie bij vermogensverlies. Pneumatische systemen hebben een lagere werkdruk waardoor ze veiliger zijn, maar over het algemeen verliezen ze het vermogen om hun positie vast te houden bij luchtverlies.

Verschillen in economie en onderhoud

Wat de kosten betreft, zijn pneumatische systemen vaak aan de goedkopere kant vanwege de goedkopere onderdelen en eenvoudigere montage. Hun hydraulische tegenhangers zijn daarentegen duurder vanwege de ingewikkelde installaties en dure apparatuur.

De energie-uitgaven vormen echter een ander probleem, omdat de noodzaak om perslucht te produceren deze kosten voor pneumatische systemen zal verhogen, vooral als ze werken met een lager rendement dan optimaal is. Ironisch genoeg kan een hydraulische opstelling in sommige toepassingen energie besparen, maar de lopende kosten voor het verversen van hydraulische vloeistof en filters maken deze kosten een stuk negatiever.

Pneumatische systemen zullen profiteren van minder onderhoud omdat de voorbereiding van luchteenheden wordt gedomineerd door één enkele taak. Het reinigen van olie, het vervangen van afdichtingen en filters en het controleren van ontvettende onderhoudsbeurten maken hydraulische instellingen ingewikkelder. Bouwers mengen probleemoplossing vaak in algemeen onderhoud en kennis van delicate systemen maakt gespecialiseerde vaardigheden noodzakelijk.

Hier volgt een beknopte vergelijkingstabel voor hydraulische en pneumatische actuators:

Kenmerk	Hydraulische aandrijving	Pneumatische aandrijving
Werkend Medium	Vloeistof (hydraulische olie)	Gas (perslucht)
Bedrijfsdruk	Hoog	Laag
Uitvoerkracht	Hoog, hoge vermogensdichtheid	Relatief Laag
Snelheidsregeling	Nauwkeurig en stabiel	Moeilijk precies te controleren
Precisie/stijfheid	Hoog	Laag
Complexiteit van het systeem	Complex	Eenvoudig
Milieuhygiëne	Gevoelig voor vloeistoflekkenniet geschikt voor schone omgevingen	Schoon en milieuvriendelijk, geschikt voor schone omgevingen
Veiligheid	Risico op hoge druk, meestal zelfsluitend	Lage-drukbeveiliging, verliest positie bij luchtverlies
Initiële kosten	Hoog	Laag
Onderhoud	Complex	Eenvoudig

Voordelen van hydraulische actuators

Hydraulische actuators bieden belangrijke voordelen in specifieke toepassingen:

• Immense krachtuitoefening: De hydraulische actuator kan een stuwkracht of koppel produceren die elk pneumatisch systeem overtreft, waardoor het zeer nuttig is in zware toepassingen omdat het brute kracht kan leveren en kracht kan opleggen.
• Hoge nauwkeurigheid en stijfheid: Het meest geschikt voor toepassingen die een nauwkeurige regeling van de positie, de bewegingssnelheid en een hoge mate van stijfheid nodig hebben voor nauwkeurige lineaire bewegingen.
• Soepele beweging: Er kan een zeer soepele en controleerbare beweging worden bereikt die het meest geschikt is voor gebruik in een beweging waar een uniforme, continue kracht nodig is.
• Auto-vergrendelingsregeling: Blijft veilig in positie, zelfs als de stroom of druk wegvalt, wat de veiligheid ten goede komt.

Voordelen van pneumatische aandrijvingen

Pneumatische actuators hebben unieke voordelen in veel automatiseringsgebieden:

• Basisstructuur en voordelige prijs: Lagere primaire investering in combinatie met lage installatiekosten en optimaal voor onze toepassingen met een beperkt budget.  
• Snelle reactie en bewegingen: In staat tot snelle start/stop en snelle cyclische bewegingen, zorgt voor een nog snellere terugkeer.  
• Niet-vervuilend en milieuvriendelijk: Toepasbaar in gebieden die gevoelig zijn voor netheid, aangezien het werkmedium vrij is van vervuiling.  
• Eenvoudiger explosieveilig te maken: Geen gebruik van elektrische stroom, dus meer veiligheid in explosieve of ontvlambare omgevingen.  
• Bescherming tegen overbelasting: Beschermt het systeem door automatisch te stoppen bij overbelasting.

Typische toepassingsscenario's

Hydraulische aandrijving

Hydraulische actuators worden vaak gebruikt in industriële toepassingen die grote krachtniveaus, nauwkeurige bediening of werking in ruwe omgevingen vereisen:

• Bouwmachines: Graafmachines, kranen, bulldozers, enz. maken gebruik van hydraulische cilinders voor krachtig heffen en graven. Dit omvat zwaar bouwmaterieel.
• Industriële persen en stempelmachines: Ze worden gebruikt voor stempelen en andere metaalvormprocessen waarvoor een immense druk nodig is.
• Machines voor spuitgieten en spuitgieten: Ze worden gebruikt in spuitgietprocessen om te klemmen en te injecteren; twee processen die een nauwkeurige besturing en veel kracht vereisen.
• Maritieme en offshore-techniek: Ze worden gebruikt in roersystemen en in ankerlieren en luikdeksels die zware belastingen moeten doorstaan en in ruwe omgevingen moeten werken.
• Metallurgische apparatuur: Ze worden gebruikt voor het verkleinen van de walserij en het openen van de ovendeur, beide bij hoge temperaturen en zware belasting.

Pneumatische aandrijving

Pneumatische actuators zijn sterk vertegenwoordigd op de markt in omstandigheden waar hoge eisen worden gesteld aan snelheid, automatisering, reinheid of lage kosten, vooral in materiaalbehandelingsapparatuur en andere industriële toepassingen:

• Geautomatiseerde productielijnen: Voor grijpen, plaatsen, duwen, klemmen, sorteren en andere repetitieve bewegingen met een hoge snelheid, waardoor een grote verscheidenheid aan bewegingen mogelijk is.
• Verpakkingsmachines: Voor sealen, snijden, transporteren, palletiseren van verpakkingszakken en nog veel meer.
• Voedsel- en drankverwerking: Door hun schone karakter kunnen ze op grote schaal worden gebruikt voor het transporteren, doseren en verpakken van voedingsmiddelen.
• Farmaceutica en medische apparatuur: Bij de productie en verpakking van farmaceutische producten en bij de controle van medische apparatuur, waarbij een hoge mate van reinheid en veiligheid vereist is.
• Automatisering van kleppen: Voor de besturing van het openen/sluiten en regelen van diverse industriële kleppen.

De juiste actuator voor uw behoeften selecteren

Kiezen tussen een hydraulische en pneumatische actuator is geen eenvoudige kwestie van de ene is superieur aan de andere; het hangt af van de specifieke toepassingseisen. Dit vereist een uitgebreide afweging van meerdere factoren om de juiste beslissing te nemen:

1. Benodigde kracht of koppel: Dit is de meest kritieke factor. Evalueer de maximale en continue kracht die nodig is. Als er immense kracht nodig is, is hydrauliek meestal de enige optie.
2. Bewegingssnelheid en regelnauwkeurigheid: Bepaal de vereisten van de toepassing voor bewegingssnelheid en nauwkeurigheid van de snelheidsregeling.
3. Belastingvariatie: Als de belasting vaak en aanzienlijk varieert en positie- of snelheidsstabiliteit vereist, zijn hydraulische systemen in het voordeel.
4. Werkomgeving: Houd rekening met de reinheid van de omgeving, de temperatuur, de vochtigheid en de aanwezigheid van ontvlambare/explosieve stoffen, waaronder gevaarlijke materialen of gebieden met extreme temperaturen.
5. Kostenbegroting: Evalueer de initiële investering en de bedrijfs- en onderhoudskosten op lange termijn.
6. Complexiteit van het systeem en onderhoudscapaciteit: Houd rekening met de installatie- en onderhoudsmogelijkheden op locatie en de tolerantie voor de complexiteit van het systeem.
7. Energievoorziening: Controleer de beschikbaarheid van een hogedrukkrachtbron (voor hydraulische pomp) of persluchtbron op locatie.
8. Veiligheidseisen: Houd rekening met eventuele specifieke veiligheidsvereisten van de toepassing, zoals zelfvergrendeling bij stroomuitval of explosieveiligheid, en naleving van mechanische veiligheidsvereisten.

Door deze factoren uitgebreid te evalueren, kan tijdens het ontwerpproces een beter geïnformeerde beslissing worden genomen over de meest geschikte actuatortechnologie voor een specifieke toepassing.

VINCER: betrouwbare leverancier van klepbedieningsoplossingen

VINCER, opgericht in 2010, richt zich op het leveren van geautomatiseerde afsluiteroplossingen en heeft meer dan tien jaar ervaring op het gebied van afsluiters die worden aangedreven door elektrische en pneumatische actuators. We hebben een diep inzicht in de specifieke behoeften van industrieën zoals ontzilting, voedselverwerking en mijnbouw, en zetten ons in voor het leveren van hoogwaardige, one-stop geautomatiseerde afsluiterservices. Het kernvoordeel van VINCER ligt in het leveren van kosteneffectieve geautomatiseerde klepoplossingen. Vergeleken met internationale merken hebben we aanzienlijke prijsvoordelen, terwijl we de productkwaliteit en -prestaties garanderen en klanten helpen hun aanschafkosten te verlagen.

We bieden een breed scala aan producten, waaronder elektrische en pneumatische kogelkleppen, vlinderkleppen, regelkleppen, magneetkleppen, enzovoort, en hebben sterke mogelijkheden voor maatwerk. We kunnen in hoge mate aangepaste oplossingen bieden op basis van de wensen van de klant voor functies, materialen (ongeveer 50 opties), normen en maten.

VINCER heeft een professioneel team van ingenieurs die de behoeften van de klant tot in detail kunnen analyseren vanuit acht dimensies: mediumanalyse, besturingsmethode, temperatuuranalyse, materiaalvereisten, mediumdrukanalyse, openingstijd en sluitingstijd van het medium, bepaling van de verbindingsnorm, installatiepositie en -ruimte, professionele en nauwkeurige selectie en ontwerp van oplossingen bieden en one-stop-aankoopdiensten leveren. We controleren de kwaliteit streng en onze producten zijn CE, RoHS, SIL, FDA en andere certificeringen gepasseerd. Het bedrijf is ISO9001 gecertificeerd om de betrouwbaarheid van de producten te garanderen.

We staan bekend om onze snelle reactie en kwaliteitsservice en kunnen op maat gemaakte spoedorders aan. Als u VINCER kiest, krijgt u een kosteneffectieve, professionele oplossing, betrouwbare producten en een partner die snel reageert.

Toekomstige trends in actuatortechnologie

Actuatortechnologie ontwikkelt zich voortdurend om te voldoen aan de groeiende vraag van de industrie naar intelligentie, efficiëntie en duurzaamheid. Toekomstige trends zijn onder meer de integratie van meer sensoren en communicatiefuncties voor een slimmere besturing en statusbewaking, terwijl de algehele systeemefficiëntie wordt verbeterd om de bedrijfskosten te verlagen en de efficiëntie te maximaliseren. Het zal ook de integratie en modularisering van actuators met andere componenten bevorderen om de systeemstructuur te vereenvoudigen. Naarmate de technologie voortschrijdt, zullen elektrische actuators op grotere schaal worden gebruikt vanwege hun voordelen op het gebied van precisie en bestuurbaarheid. Daarnaast besteedt de industrie ook steeds meer aandacht aan het gebruik van milieuvriendelijke materialen en processen om vloeistoflekkage en het risico op schade te verminderen. Al deze trends zullen samen de ontwikkeling van actuatortechnologie bevorderen en nieuwe mogelijkheden bieden voor toekomstige industriële toepassingen.

Conclusie

Twee cruciale technologieën in de industrie zijn hydraulische en pneumatische aandrijvingen, elk met hun eigen specifieke voordelen en toepassingsgebieden. Vanwege hun hoge precisie en krachtige kracht zijn hydraulische systemen essentieel op het gebied van zware belasting en precisieregeling. Pneumatische systemen worden daarentegen voornamelijk gebruikt in geautomatiseerde productielijnen vanwege hun eenvoud, snelheid en schone werking. De juiste selectie is gebaseerd op een analyse van de toepassingsbehoeften en op afwegingen.

VINCER, als leverancier van actuatorgestuurde kleppen, past de principes toe van kostenefficiëntie, een breed scala aan productaanbiedingen, sterk maatwerk en professionele service om betrouwbare klepoplossingen voor klanten te garanderen, waardoor vloeistofregelsystemen geoptimaliseerd worden voor verbeterde operationele efficiëntie en effectiviteit. Actuators zullen zeker evolueren met de technologische vooruitgang en steeds intelligenter, efficiënter en milieuvriendelijker worden, waardoor ze in de toekomst een grotere impact zullen hebben op de industriële automatisering en zichzelf zullen bewijzen als een van de meest veelzijdige werkpaarden in de moderne industrie.