Historický vývoj použití stlačeného vzduchu

Použití stlačeného vzduchu není vynálezem posledních několika desetiletí. Historické záznamy se o jeho použití zmiňují již z antiky, bohužel jsou značně nepřesné a nejasné. Přesto nám dokládají jak dlouhou historii má použití stlačeného vzduchu, i když se nejedná o použití průmyslové, tak jak jej známe dnes.

Kolem roku 140 před naším letopočtem, navrhl Řek Ktesibios pneumatický katapult. K vymrštění tětivy s šípem nebylo použité prvotní natažení tětivy pomocí kladkového mechanizmu, jak jej často vídáme, ale šlo o ruční stlačování vzduchu. Následně se stlačený vzduch uvolnil do pneumatických válců a došlo k napnutí tětivy a vymrštění šípu, či jiného předmětu (kamenné koule, dózy s černým střelným prachem či oblíbenou roztavenou smolou).

Stejně tak v minulých stoletích se občas setkáváme s využitím stlačeného vzduchu a jeho použití člověkem. Zatím však nikdy nedošlo k masivnějšímu použití. Jednalo se zpravidla o různé „zlepšováky či vynálezy“, které kladly značný nárok na technické zpracování. Nízká znalost fyzikálních zákonů a nedostatek vhodných materiálů, nezvěstila pro větší rozmach nic dobrého. Doba ještě neměla dostatečnou technickou „vyzrálost“.

Teprve v 17. stol. práce Otto von Guerickeho, Francouzů filozofa a matematika Blaise Pascala a fyzika Denise Papina, přinesla rozhodující základní „kameny“ pro budoucí možné plnohodnotné použití stlačeného vzduchu.

Není celkem překvapující z dějin, že k prvnímu většímu rozmachu došlo v souvislosti se zbrojní výrobou. Kolem roku 1700 existoval v rakouské armádě oddíl cca jednoho tisíce mužů, kteří byli vybaveni vzduchovými puškami. Z dnešního pohledu se jednalo o vzduchovky. Jejich ráže a výkon však byl větší. Dnes to může být úsměvné, protože ráže moderních vzduchovek je nejčastěji 4,5mm (někdy i 5,5mm, výjimečně jiné) a výkon dle platných zákonů nesmí přesáhnout v ČR 16J. Kde to zákony dovolují, je možné je používat k odstřelu drobné zvěře.

V roce 1861 byla vedena stavba železničního tunelu pod horou Mont Cenis. Pro ražení tunelu se použil pneumatický vrtací stroj. Bylo dosaženo rychlosti ražení 2m za den. Zatím co v té době klasickou metodou se standardním nářadím se rychlost pohybovala kolem půl metru.

První brzda, ovládaná stlačeným vzduchem byla vynalezena v roce 1880.

Ve století „Páry“, tedy 19. stol. se začal stlačený vzduch, zpravidla v podobě páry, používat k pohonu mnohých strojů. Nebyly to, jak známo, jen parní lokomotivy, ale mnohé jiné stroje. Pohony transmisí v manufakturách, jeřáby v loděnicích či lomech, a mnoho dalších především těžších strojů. Stlačený vzduch či pára se začala uchovávat v tlakových nádobách – vzdušnících a bylo tak možné ji použít i mobilnějším způsobem.

 V uvedeném století páry došlo ke značnému zdokonalení konstrukcí kompresorů. To vedlo k rozmachu výroby stlačeného vzduchu v takzvaných „centrálních kompresorových stanicích. Stlačený vzduch byl pak rozváděn řádově na několik kilometrů a dodával energii mnohým pneumatickým motorům. Tyto velké kompresorové stanice nejvíce vznikaly kolem roku 1870 až do prvních let 20. stol. V době největšího rozmachu se například v Paříži nacházela jedna z největších centrálních kompresorových stanic, která měla při plném vytížení, 7 350kW. Z dnešního pohledu úctyhodný výkon a rozvodné potrubí měřilo v průměru až 500mm.

Pro zvýšení výkonu se stlačený vzduch předehříval na 150C. Následně se používal jako zdroj energie pro mnohé drobné stroje v dílnách a manufakturách.  Mechanické řešení větších motorů, cca nad výkon 1,5kW se konstrukčně příliš nelišilo od parních strojů. Tehdejší centrální výroba a rozvod stlačeného vzduchu se dá přirovnat k dnešní centrální výrobě elektrické energie a jejímu následnému rozvodu. Nakonec se tomu i stalo. S rozmachem takzvané „elektrifikace“ se k pohonu strojů začala stále více využívat i elektrická energie. Nakonec nešlo jen o elektrické pohony, ale použití žárovky ke svícení. Stlačený vzduch tuto vymoženost nedovoloval a s využitím elektrické energie nastala „jiná doba“.

Doba, kterou všichni známe a ve které stále sílí rozmach všeho „na elektriku“. Rozvody elektrické energie se dnes provádí na stovky kilometrů a nejsou tak značně omezené ztrátami jako u stlačeného vzduchu.

 Po skončení 2. světové války byl stlačený vzduch stále více využíván v průmyslu pro řízení automatizačních procesů. V 60. letech to pak následně vedlo přímo k bouřlivému rozmachu všech pneumatických komponentů. Až do 80. let byli pneumatické pohony a jejich řídící procesy řešeny především pneumaticky. Zpravidla tlak používaný k pohonu motorů a k řízení procesů byl stejný.

Použitím pneumatických řídicích procesů se řešila veškerá ovládací logika. Jednalo se o mnohé logické funkce, například: AND-logický součin, OR-logický součet, NOT-negace a mnohé další. Použitím bloků sekvenčního řízení bylo možno sestavit jednoduché, funkční a spolehlivé řízení pneumatických pohonů. S nástupem elektrotechniky, především elektroniky a stále klesajících cen elektro zařízení, se začíná stále více využívat k řízení procesů a regulací elektro komponenty. Především pak vznik programovatelných logických automatů přináší do praxe stále více použití elektrických řídicích systémů. V souvislosti s rozmachem logických automatů je třeba zmínit oblast senzoriky, se kterou se u pneumatických řídicích systémů prakticky nesetkáváme.

V souvislosti s centrálním rozvodem vzduchu v Paříži, ale i jinde, jsem zmínil výhodu rozvodů elektrické energie a zániku centrálního rozvodu vzduchu. „Se stlačeným vzduchem se nedalo svítit“. Se senzorikou je to podobně. Výhody logických automatů, senzoriky, rychlosti řízení a mnohých dalších argumentů nás dnes vedou k použití stlačeného vzduchu jako zdroje energie pro pohony, ale veškeré řídící obvody máme dnes již elektrické = ELEKTROPNEUMATIKA.

(senzorika=používání snímačů například tlaku, poloh, barev, optické závory, ultrazvukové měřiče vzdáleností a mnohé další)