Choć nie każdy z nas zdaje sobie z tego sprawę, to codziennie stykamy się z setkami siłowników. Jeden z bardziej oczywistych przykładów to otwierane jednym przyciskiem przez kierowców drzwi autobusów i tramwajów. Każda fabryka bazuje na tego typu urządzeniach. – Zazwyczaj jak coś syczy, to mamy do czynienia z pneumatyką – opowiada z przymrużeniem oka dr inż. Jakub Takosoglu z Politechniki Świętokrzyskiej, kierownik zespołu, który wynalazł nowy zawór do tego typu urządzeń, a także specjalistyczny układ do sterowania nimi.

Pneumatyka to wykorzystanie energii sprężonego powietrza i zamiana jej na pracę mechaniczną – mówi Takosoglu. W praktyce działa to tak, że powietrze zasysane z otaczającej nas atmosfery zostaje sprężane, by pod dużym ciśnieniem przesuwać tłoki. Żeby tłoki mogły się poruszać, niezbędne są właśnie zawory, które rozdzielają strugę sprężonego powietrza. Dużą zaletą pneumatyki jest czystość, w tym wypadku stosunkowo mało jest w użyciu smarów czy olejów. Ma to istotne znaczenie w takich dziedzinach, jak medycyna, farmaceutyka czy przemysł spożywczy.

Setki siłowników w użyciu to także setki zaworów, które służą do sterowania nimi. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że jest to proste: standardowy zawór ma dwa położenia – może być otwarty lub zamknięty. Żadna wielka filozofia. Do popularniejszych z nich należy np. zawór „pięć drugich”, czyli zawór pięciodrogowy dwupołożeniowy. Jest to zawór z pięcioma drogami wejścia/wyjścia powietrza, które mogą być zamknięte lub otwarte. Większym problemem jest, gdy takich urządzeń są setki i są łączone w tzw. wyspy zaworowe (dzięki modułowej budowie nasze zawory można bez problemu łączyć w takie urządzenia). Jedną z trudności przy obsłudze tego rodzaju maszynerii jest fakt, że nigdy na sto procent nie wiadomo, czy dany zawór jest rzeczywiście całkowicie zamknięty, czy otwarty, nie ma niczego, co by potwierdzało jego działanie. Zanim operator zorientuje się, że coś nie do końca działa tak, jak powinno, może minąć dużo czasu. A to oznacza mniejszą efektywność urządzenia i może się przekładać na wymierne straty finansowe bądź zmniejszenie bezpieczeństwa wykonywanych czynności (np. drzwi w autobusach się nie domkną).

Ten problem rozwiązuje nowatorski produkt z Kielc. – Nasz zawór potrafi diagnozować swój stan, to, czy wszystko działa prawidłowo. Każdy ma co najmniej dwa czujniki ciśnienia i dwa czujniki położenia suwaka – opisuje Takosoglu. Te pierwsze pokazują, czy w danym zaworze nie ma zbyt dużych strat ciśnienia, czy gdzieś nie powstała nieszczelność, przez którą w sposób niekontrolowany ulatnia się powietrze. Te drugie do działania wykorzystują magnesy – w momencie, gdy zawór jest odpowiednio zamknięty lub otwarty, do układu sterowania wysyłany jest sygnał o wykonaniu polecenia. – Choć wydaje się to oczywiste, dotychczas żaden z producentów nie wprowadził takich rozwiązań – nie kryje satysfakcji szef grupy wynalazców.

Kolejnym innowacyjnym rozwiązaniem zastosowanym w zaworze zaprojektowanym na Politechnice Świętokrzyskiej jest to, że ma być produkowany z tworzyw sztucznych. Choć na Zachodzie stosuje się już tego typu technologie, to w Polsce w tej dziedzinie ich jeszcze nie wprowadzono. Powód jest prozaiczny – pieniądze. Zaprojektowanie serii zaworów oraz wykonanie odpowiedniej matrycy do produkcji zaworów z tworzyw sztucznych to koszt rzędu setek tysięcy złotych. Ale za to później proces wytwarzania jest dziesięć razy tańszy niż w przypadku produkcji z metali. Prototyp takiego zaworu został już wydrukowany na drukarce 3D i sprawdzony w warunkach laboratoryjnych.

Inną zaletą polskiego rozwiązania jest wykonanie układu sterowania, z którym można się łączyć za pomocą komputera PC, laptopa czy internetu. Wbudowanie modemu znacznie upraszcza obsługę wysp zaworowych. – Takie wyspy mogą być używane w kontroli, diagnostyce i sterowaniu procesami technologicznymi. Mogą być szczególnie przydatne w miejscach, gdzie ze względu na bezpieczeństwo lub wrażliwość procesu produkcji potrzebna jest ścisła kontrola i diagnostyka – tłumaczy dr Takosoglu.

Choć materia zaworowa dla laików może się wydawać mało istotna, to zajmuje się nią m.in. Parlament Europejski, wydając tzw. dyrektywy maszynowe i normy bezpieczeństwa dotyczące produkcji i sprzedaży maszyn. A każdy z podmiotów działających na tym rynku musi się do nich dostosować. Prototyp z Kielc normy unijne spełnia. Mimo to droga do wdrożenia wynalazku nie jest usłana różami. Choć naukowcy starali się o grant z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, a ich projekt został oceniony wysoko, jednak nie na tyle, by dostać finansowanie. Wynalazek był natomiast częściowo finansowany z projektu „Perspektywy RSI Świętokrzyskie – IV Etap” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, co umożliwiło wykonanie prototypu.

Jednak nawet po ukończeniu produktu wejście na ten dosyć hermetyczny rynek może być trudne. Dominują na nim firmy niemieckie, włoskie i japońskie, które oprócz tego, że mają dobry produkt, do perfekcji opanowały też sztukę marketingu. I tak jedna z firm jeszcze w latach 80. „po kosztach” wyposażyła nasze uczelnie techniczne w sprzęt do nauki pneumatyki. Dzięki temu zdecydowana większość inżynierów pracujących z tego typu sprzętem dobrze ją zna. A jak wiadomo, lubimy te piosenki, które już znamy – w związku z tym przy decyzjach o zakupie w naturalny sposób faworyzowany jest sprzęt, na którym decydujący o transakcji inżynier „się wychował”.

Mimo to młodzi inżynierowie nie tracą rezonu. – Doceniamy konkurencję, ale nasze rozwiązanie jest po prostu lepsze. Świadczą o tym choćby nagrody, które zdobyliśmy: medal na VI Targach Pneumatyki, Hydrauliki, Napędów i Sterowań PNEUMATICON, brązowy medal INVENTO w Pradze, złoty medal Taiwan International Invention Award Winners Association – stwierdza Takosoglu.

Wynalazek powstał dzięki ścisłej współpracy z przemysłem, a mianowicie z Ośrodkiem Badawczo-Rozwojowym Elementów i Układów Pneumatyki Sp. z o.o. z Kielc, za co zostaliśmy uhonorowani Nagrodą NOVATOR w kategorii współpraca nauka – przemysł.

Wierzymy w to, że już wkrótce to właśnie nasze produkty będą obsługiwały polskie fabryki.