Pneumatyka czy hydraulika?

Podstawy działania – media robocze i zasada pracy

Pneumatyka

Pneumatyka to technika, w której medium roboczym jest sprężone powietrze. Zasada działania opiera się na wykorzystaniu energii sprężonego gazu do generowania siły i ruchu. Kluczowe cechy medium pneumatycznego:

• ściśliwość powietrza, co daje elastyczność, ale i pewne ograniczenia w precyzji ruchu,

• brak ryzyka wycieków cieczy,

• łatwa dostępność powietrza i niski koszt medium,

• bezpieczne stosowanie w środowiskach zagrożonych wybuchem.

Hydraulika

Hydraulika korzysta z cieczy (najczęściej oleju hydraulicznego) jako medium roboczego. Ciecz jest praktycznie nieściśliwa, co umożliwia precyzyjne przenoszenie siły oraz duże obciążenia.

Charakterystyczne cechy:

• nieściśliwość medium, co zapewnia wysoką sztywność układu,

• zdolność do przenoszenia bardzo dużych sił przy stosunkowo niewielkich komponentach,

• wyższe ciśnienia robocze (do 700 bar, a w aplikacjach specjalnych nawet więcej),

• ryzyko wycieków oleju i związane z tym konsekwencje ekologiczne.

Przenoszenie siły – różnice technologiczne

Pneumatyka

Prawo Pascala mówi, że ciśnienie w zamkniętym układzie gazu rozchodzi się równomiernie. Jednak sprężone powietrze jest ściśliwe. To sprawia, że pneumatyka:

• generuje szybkie ruchy (duża dynamika),

• jest podatna na „sprężystość” – elementy mogą się delikatnie „uginać” pod obciążeniem,

• mniej nadaje się do precyzyjnego utrzymywania stałej siły lub pozycji.

Dlatego pneumatyka sprawdza się świetnie w aplikacjach wymagających szybkich, powtarzalnych ruchów, gdzie siły nie są bardzo wysokie.

Hydraulika

Nieściśliwość cieczy zapewnia:

• bardzo precyzyjne przenoszenie siły,

• minimalne odkształcenia układu,

• stabilność nawet przy bardzo dużych obciążeniach.

Dlatego hydraulika jest niezastąpiona w prasach, maszynach budowlanych, wtryskarkach czy urządzeniach wymagających olbrzymich sił.

Precyzja i powtarzalność ruchów

• Pneumatyka: tolerancja kilku dziesiątych milimetra w pozycjonowaniu jest normą. Osiągnięcie wyższej precyzji wymaga stosowania zaworów proporcjonalnych, regulatorów ciśnienia i czujników położenia.

• Hydraulika: umożliwia pozycjonowanie z dokładnością rzędu setnych milimetra. To istotne w maszynach CNC, prasach czy robotyce ciężkiego kalibru.

Zużycie energii

Sprężanie powietrza to proces energochłonny. Ok. 70–80% energii sprężarki zamienia się w ciepło. Hydraulika, choć również wymaga pomp, ma zwykle wyższą sprawność w konwersji energii mechanicznej.

Jednak wycieki hydrauliczne oraz konieczność utrzymywania ciśnienia w układzie potrafią generować znaczne straty energii i koszty eksploatacji.

Czystość i bezpieczeństwo

• Pneumatyka nie generuje wycieków cieczy, nie zanieczyszcza produktów ani otoczenia. Idealnie sprawdza się w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i wszędzie tam, gdzie priorytetem jest czystość.

• Hydraulika przy wyciekach może być problematyczna. Olej może degradować produkty, zanieczyszczać środowisko i stanowić zagrożenie pożarowe.

Typowe zastosowania w przemyśle

Pneumatyka

• linie montażowe,

• manipulatory, chwytaki,

• sortowanie i transport elementów,

• przemysł spożywczy, farmaceutyczny,

• lekkie prasy pneumatyczne,

• maszyny pakujące,

• robotyka w przemyśle lekkim.

Hydraulika

• prasy o naciskach setek ton,

• maszyny budowlane i rolnicze,

• wtryskarki do tworzyw sztucznych,

• urządzenia dźwigowe,

• maszyny hutnicze i górnicze,

• systemy hamulcowe w ciężkich maszynach,

• żurawie, podnośniki, windy.

Kiedy wybrać pneumatykę, a kiedy hydraulikę?

Pneumatyka – wybierz, gdy:

Hydraulika – wybierz, gdy:

Pneumatyka a hydraulika w wybranych branżach przemysłu

I. Przemysł spożywczy i farmaceutyczny

Pneumatyka w tych branżach jest bezkonkurencyjna. Kluczowe powody:

• Brak ryzyka wycieków cieczy, które mogłyby skazić produkty.

• Medium robocze (powietrze) jest czyste i nietoksyczne.

• Łatwość mycia i utrzymania higieny.

• Komponenty mogą być wykonane ze stali nierdzewnej, odporne na detergenty i mycie wysokociśnieniowe.

Festo ma w swojej ofercie specjalne produkty:

• Siłowniki CRDSNU, wykonane ze stali nierdzewnej AISI 304 lub 316L.

• Zawory i złączki ze stali nierdzewnej.

• Przetworniki ciśnienia zgodne z wymaganiami FDA.

Hydraulika w tej branży jest rzadko stosowana, głównie ze względu na zagrożenie wyciekami oleju.

II. Przemysł maszynowy i ciężki

Tu dominuje hydraulika:

• Prasy hydrauliczne o naciskach od kilku ton do nawet kilku tysięcy ton.

• Wtryskarki do tworzyw sztucznych, w których hydraulika odpowiada za szybkie i potężne ruchy jednostki zamykającej formę.

• Maszyny budowlane: koparki, ładowarki, żurawie, dźwigi – wszędzie tam, gdzie potrzebne są duże siły w niewielkiej przestrzeni.

Jednak w niektórych obszarach pneumatyka też znajduje zastosowanie:

• sterowanie zaworami,

• siłowniki pomocnicze,

• napędy pomocnicze w maszynach.

Festo dostarcza tu elementy, które mogą współpracować z układami hydraulicznymi:

• elektrozawory sterujące,

• czujniki ciśnienia,

• moduły kontroli przepływu.

III. Przemysł motoryzacyjny

Pneumatyka odgrywa ogromną rolę:

• w liniach montażowych (napędy do robotów, chwytaki),

• w prasach o niewielkich naciskach,

• w systemach testowych (np. sprawdzanie szczelności).

Z kolei hydraulika jest stosowana tam, gdzie wymagane są bardzo wysokie siły:

• prasy tłoczące elementy karoserii,

• maszyny do wtrysku aluminium,

• testery obciążeniowe.

W praktyce zakład motoryzacyjny korzysta z obu technologii, w zależności od etapu produkcji.

IV. Przemysł elektroniczny

Tu króluje pneumatyka:

• szybkie manipulatory,

• układy podciśnieniowe do przenoszenia delikatnych komponentów,

• automatyczne systemy montażu układów scalonych.

Czystość, małe siły i wysoka dynamika ruchu to kluczowe atuty pneumatyki w tej branży.

Rozwój i przyszłość

Coraz częściej w przemyśle spotyka się układy hybrydowe, w których pneumatyka i hydraulika współpracują. Przykłady:

• maszyny, w których hydraulika odpowiada za duże siły, a pneumatyka za szybki powrót elementów do pozycji wyjściowej,

• prasy z szybkim pneumatycznym podejściem tłoka, a następnie dociskiem hydraulicznym,

• roboty przemysłowe, które wykorzystują hydraulikę do napędów głównych osi, a pneumatykę w chwytakach.

To rozwiązania droższe, ale często znacznie bardziej efektywne energetycznie.

Obie technologie podążają w stronę Przemysłu 4.0, jednak pneumatyka ma tu przewagę:

• Prostsze układy,

• Niższe koszty integracji czujników,

• Łatwiejsze zarządzanie dużą liczbą napędów.

Festo intensywnie inwestuje w digitalizację:

• Platformy analityczne Festo AX do przewidywania awarii (predictive maintenance),

• komponenty kompatybilne z IO-Link, umożliwiające zdalną diagnostykę,

• zawory inteligentne z komunikacją cyfrową.

W hydraulice cyfryzacja jest trudniejsza z uwagi na wyższe koszty proporcjonalnych zaworów i bardziej złożoną kontrolę ciśnienia i przepływu.

Ekologia i koszty

Pneumatyka

Hydraulika

Autor:
Wojciech Nowaczyk
Doradca ds.
techniczno-handlowych
Pneumat.

Autor:
Wojciech Nowaczyk
Doradca ds.
techniczno-handlowych
Pneumat.