W profesjonalnym zakładzie mechanicznym, blacharskim, lakierniczym czy oponiarskim trudno obyć się bez narzędzi pneumatycznych. W porównaniu z elektronarzędziami mają one wiele zalet: mniejszą masę, dłuższy czas eksploatacji pomiędzy przeglądami i naprawami, a także większy moment obrotowy.

Większość awarii można szybko usunąć we własnym warsztacie, używając zestawów części zamiennych dostarczanych przez producentów lub niezależnych dostawców.

Prawie wszystko

W ofertach firm specjalizujących się w pneumatyce warsztatowej znajdziemy pneumatyczne odpowiedniki każdego elektronarzędzia, m.in.: wiertarki, wkrętarki, grzechotki (także dynamometryczne), szlifierki kątowe, oscylacyjne, klucze udarowe, młotki, piły, nożyce. Można się także zaopatrzyć w arsenał narzędzi specjalistycznych przeznaczonych dla zakładów oponiarskich, blacharskich i lakierniczych: pistolety do malowania, przedmuchiwania, napełniania opon, a także w podnośniki pneumatyczne.
To wszystko jest dostępne w wielu wersjach i wariantach dostosowanych do pracy w specyficznych warunkach, w tym w środowisku zagrożonym wybuchem.
Narzędzia pneumatyczne są produkowane przez wiele firm i dostępne w szerokim przedziale cenowym – począwszy od wersji ekonomicznych, przeznaczonych do sporadycznego użytku w domowym warsztacie, po urządzenia wysokowydajne, zaprojektowane z myślą o ciągłej eksploatacji w warunkach zawodowych warsztatów naprawczych lub przemysłowych linii produkcyjnych.
Podejmując decyzję o zakupie danego narzędzia, najczęściej bierzemy pod uwagę stosunek jakości do ceny, ale warto pamiętać o sprawdzeniu oferty części zamiennych – zarówno tych bardziej skomplikowanych (elementy obudów, łożyska, części ruchome itp.), jak i najprostszych (np. uszczelki). Narzędzia kupuje się z myślą o wieloletniej eksploatacji, zatem nie byłoby dobrze, gdyby koszt prostej naprawy był porównywalny z ceną nowego, kompletnego narzędzia.

Historia

Narzędzia pneumatyczne mają bardzo długą historię. W 1650 roku niemiecki inżynier i badacz Otto von Guericke opracował prototyp pierwszej pompy próżniowej. Jednostopniowy kompresor został opatentowany w 1829 roku, a w 1872 po raz pierwszy wykorzystano głowice chłodzone wodą. Ten pomysł został później wykorzystany w silnikach spalinowych. W 1871 roku Samuel Ingersoll wynalazł świder pneumatyczny, a w 1890 Charles Brady King wykonał prototyp młota pneumatycznego. Oba wynalazki bardzo szybko zostały użyte w górnictwie, zresztą w kopalniach narzędzia pneumatyczne do dziś są wykorzystywane na szeroką skalę.
Interesujące, że pierwszy silnik parowy wykorzystano do odwadniania kopalnianych szybów w 1712 roku. Wynika z tego, że energię gorącej pary wodnej nauczono się wykorzystywać ponad sto lat wcześniej, niż nauczono się sprężać powietrze i wykorzystywać przenoszoną w ten sposób energię, mimo że wszystkie trzy urządzenia (silnik parowy, kompresor i młot pneumatyczny) skonstruowano w oparciu o ten sam mechanizm – tłok poruszający się w cylindrze.

Kierunki rozwoju

Producenci narzędzi pneumatycznych nieustannie poszukują nowych możliwości. Stosują lekkie stopy, kompozyty, tworzywa sztuczne. Nowoczesne narzędzia dysponują większym momentem obrotowym, są bardziej wytrzymałe i odporne na zużycie w porównaniu z ich odpowiednikami sprzed kilkunastu lub kilkudziesięciu lat. Zmniejszają się gabaryty i masa własna nowoczesnych narzędzi pneumatycznych, a także zużywają one mniej sprężonego powietrza.
Do modelowania przepływu powietrza w turbinach narzędzi wykorzystuje się oprogramowanie podobne do używanego przez konstruktorów turbin napędzających generatory prądu w elektrowniach i turbin odrzutowych silników lotniczych.
Czy warto się tak bardzo starać? Jeśli weźmiemy pod uwagę, że narzędzia pneumatyczne są podstawowym wyposażeniem montowni samochodów, zakładów przemysłowych i tysięcy różnego rodzaju warsztatów, wówczas okaże się, że tak. Nawet z pozoru niewielkie zmniejszenie jednostkowego zapotrzebowania na sprężone powietrze, po pomnożeniu przez liczbę pracujących narzędzi, może przynieść istotne oszczędności energii elektrycznej zużywanej do sprężania powietrza.

Rachunek ekonomiczny

Przeglądając oferty dostawców narzędzi pneumatycznych, zauważymy, że wiele urządzeń jest tańszych niż ich odpowiedniki z napędem elektrycznym. To logiczne, ponieważ konstrukcja narzędzi pneumatycznych jest prostsza. Niższa cena urządzeń nie musi oznaczać, że urządzenia pneumatyczne są w każdym przypadku oszczędniejsze od elektronarzędzi. Żeby ocenić opłacalność zakupu i eksploatacji, trzeba wziąć pod uwagę więcej czynników, w szczególności koszt wykonania instalacji pneumatycznej oraz wydatki na energię elektryczną zużywaną do sprężania powietrza.
Prawdopodobnie po uwzględnieniu wszystkich wydatków okaże się, że wybór narzędzi pneumatycznych pozwoli zaoszczędzić pieniądze w perspektywie kilku lat, kiedy zdążą się zwrócić nakłady poniesione na zaprojektowanie i wykonanie instalacji zasilającej oraz bieżącą konserwację i naprawy narzędzi.
Spośród zakładów o różnym profilu specjalizacji największe zapotrzebowanie na sprężone powietrze mają warsztaty oponiarskie (zwłaszcza w szczycie sezonu wymiany opon) oraz lakiernicze i blacharskie. Pierwsze wykorzystują je do napełniania opon, napędzania kluczy udarowych i podnośników pneumatycznych, które są szybkie, ale też w każdym cyklu zużywają sporo powietrza. Drugie potrzebują wysokiej jakości powietrza (bez zanieczyszczeń stałych i śladów oleju) do zasilania pistoletów lakierniczych.
Każdy, kto działa w branży oponiarskiej i lakierniczej, powinien starannie przemyśleć sposób budowy instalacji pneumatycznej. Co 5–10 lat warto rozesłać zapytania ofertowe do firm specjalizujących się w projektowaniu i budowie instalacji, bo może się okazać, że wymiana kompresora i narzędzi, choć kosztowna, w perspektywie kilku lat przyniesie zauważalne oszczędności energii elektrycznej, a przy okazji poprawi komfort pracy, bo nowoczesne kompresory wytwarzają zdecydowanie mniej hałasu niż urządzenia produkowane 15–20 lat temu.

Jakość powietrza

Przy wszystkich swoich ograniczeniach elektronarzędzia mają tę zaletę, że zwalniają z troski o jakość zasilania. Prąd elektryczny jest dostarczany do warsztatu na podstawie umowy określającej jego parametry (w szczególności maksymalne natężenie prądu pobieranego przez wszystkie urządzenia). Niewiele można tu zmienić, prąd zawsze jest taki sam. Sytuacja komplikuje się w średnich i dużych zakładach produkcyjnych, w których trzeba zadbać o kompensację mocy biernej, ale mali odbiorcy biznesowi nie muszą się przejmować takimi szczegółami.
Inaczej ma się sprawa z zasilaniem narzędzi pneumatycznych. Ich wydajność i bezawaryjna eksploatacja zależą od jakości zasilającego je powietrza, która z kolei jest konsekwencją przyjętych rozwiązań: rodzaju i stanu technicznego kompresora oraz zbiornika wyrównawczego, sposobu osuszania i naolejenia powietrza. Powietrze zawierające wodę przyspiesza korozję metalowych części, a brak oleju powoduje przedwczesne zużycie współpracujących ze sobą powierzchni. Podanie do narzędzi powietrza z zanieczyszczeniami może z kolei doprowadzić do zatkania instalacji albo uszkodzenia narzędzia.
Dbałość o powietrze jest procesem, a instalacja musi być stale nadzorowana i regularnie konserwowana. Wygodnym i często spotykanym rozwiązaniem są zespoły przygotowania powietrza łączące funkcje filtra, reduktora, odwadniacza i naolejacza. Każdą z ich funkcji trzeba kontrolować, a zauważone usterki natychmiast usuwać. Dotyczy to także kompresora i zbiornika wyrównawczego, w którym w normalnych warunkach kondensuje się para wodna.
Po pewnym czasie skorodowane wnętrze zbiornika zacznie przysparzać problemów: oderwane kawałki rdzy, transportowane z dużą prędkością w strumieniu powierza, uszkadzają filtry, uszczelki, gładzie zaworów i narzędzi. Nowoczesne zbiorniki są powlekane wewnątrz warstwami tworzywa sztucznego i nie korodują. Są droższe niż ich tradycyjne odpowiedniki, ale mając w perspektywie kilkanaście lat bezawaryjnej eksploatacji, warto rozważyć taki zakup.

Jaką instalację wybrać?

Instalacja pneumatyczna musi dostarczać powietrze pod ciśnieniem odpowiednim dla konkretnego narzędzia i w takiej ilości, żeby zagwarantować nieprzerwaną pracę w czasie wystarczającym do wykonania poszczególnych czynności bez irytujących przerw.
Przykładowo udarowy klucz pneumatyczny do kół może zużywać około 150–200 litrów powietrza na minutę i wymagać ciśnienia roboczego rzędu 0,63 MPa (6,3 bara), chociaż zdarzają się także klucze, które potrzebują około 670 litrów powietrza na minutę przy ciśnieniu między 6–10 barów (0,6–1 MPa).
To dużo, ale klucza udarowego nie włącza się na minutę nieprzerwanej pracy, bo odkręcenie jednej śruby trwa kilka sekund, po których następuje kilkusekundowa przerwa. Okazuje się, że rzeczywiste zużycie powietrza podczas odkręcania śrub mocujących jedno koło będzie w przybliżeniu równe połowie znamionowego. To znaczy, że projektując instalację pneumatyczną, możemy zrezygnować z montowania kompresora i zbiornika wyrównawczego, dostarczających nieprzerwanie powietrza pod ciśnieniem 10 barów w ilości 670 litrów na minutę.
Z drugiej strony, jeśli będziemy używać szlifierki pneumatycznej, musimy wziąć pod uwagę, że pomiędzy wyłączeniami może ona pracować nawet przez kilka minut, zużywając około 250–300 litrów powietrza na minutę. Jeśli warsztatowa instalacja pneumatyczna nie będzie miała odpowiedniej wydajności, pracownicy szybko zaczną się irytować, bo co chwilę będą musieli czekać na wyrównanie ciśnienia w zbiorniku.
Pistolety lakiernicze, w zależności od typu, średnicy dyszy i ustawień, mogą zużywać od około 100 do ponad 400 litrów powietrza na minutę. W tym przypadku bardzo ważne jest utrzymanie stałego ciśnienia powietrza, ponieważ wahania odbijają się na jakości powłoki lakierniczej. Niespodziewany spadek ciśnienia może zrujnować wiele godzin przygotowań.
Wynikałoby z tego, że w warsztacie samochodowym używającym narzędzi pneumatycznych należałoby zamontować instalację o ciśnieniu roboczym około 10 barów (1 MPa) i wydajności 350–400 litrów na minutę, przy założeniu, że z narzędzi pneumatycznych korzystają nie więcej niż dwie osoby jednocześnie. Większa liczba stanowisk podnosi zapotrzebowanie na powietrze. Problem można rozwiązać na kilka sposobów: kupując niezależne kompresory ze zbiornikami wyrównawczymi dla każdego stanowiska z osobna albo inwestując w scentralizowaną instalację.
Każde rozwiązanie ma wady i zalety. Można uczyć się na własnych błędach,
ale zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest skorzystanie z usług firm specjalizujących się w dostarczaniu narzędzi pneumatycznych i budowie instalacji zasilających. Obsługując dziesiątki lub setki klientów biznesowych rocznie, firmy te zdobywają doświadczenie, dzięki któremu mogą szybko zaproponować optymalne rozwiązanie. Współpraca z zaufanym dostawcą technologii ma i tę zaletę, że w przypadku problemów (np. awarii kompresora) można liczyć na szybką reakcję i ułatwienia (np. wypożyczenie zapasowego kompresora na czas naprawy własnego).

Współpraca z sąsiadami

Jeśli rozważamy otwarcie warsztatu mechanicznego na terenie strefy przemysłowej, jest bardzo prawdopodobne, że będziemy sąsiadować z zakładem, który używa sprężonego powietrza. Zanim zaczniemy planować własną instalację, warto zapytać sąsiada, czy nie dysponuje nadwyżkami. Być może jego instalacja została obliczona i wykonana ze sporym zapasem, a wtedy, zakładając dobrą wolę i życzliwość obu stron, kupowanie sprężonego powietrza może się okazać rozwiązaniem lepszym, tańszym i szybszym niż budowa własnej infrastruktury od podstaw.

Narzędzia dla warsztatów mobilnych

Ostatnio narzędziom pneumatycznym rośnie konkurencja: narzędzia elektryczne zasilane z akumulatorów. Są one cięższe od narzędzi pneumatycznych i mają ograniczony czas pracy pomiędzy ładowaniami, ale za to działają bez wydajnego kompresora z odpowiednio pojemnym zbiornikiem powietrza, osuszacza i pozostałych elementów instalacji zasilającej. To sprawia, że należy wziąć je pod uwagę, planując wyposażenie do pracy w terenie: dla pomocy drogowej, serwisu maszyn budowlanych, ciężkiego sprzętu, czyli wszędzie tam, gdzie dotychczas transport dużego i ciężkiego kompresora był uciążliwą koniecznością.

Piotr Kołaczek