Pneumatikschulung

Die flexible Endlagendämpfung

Die einfachste Form der flexiblen Endlagendämpfung ist der sogenannte Dämpfungsring. Dieser ist an der Innenseite des Zylinderdeckels – zwischen Zylinderdeckel und Antriebskolben – montiert. Der Dämpfungsring ist im Normalfall aus Polyurethan und besitzt daher sehr gute energieabsorbierende Eigenschaften. Der Kolben stößt in der Endlage an den entsprechenden Dämpfungsring.

Die flexible Endlagendämpfung wird in der Regel bei Zylindern mit kleineren Kolbendurchmessern verwendet. Hier treten nur niedrigere Belastungen auf. Auch bei den Kompaktzylindern wird diese Dämpfungsmethode verwendet, da der kleinere Innenaufbau den Einbau einer einstellbaren pneumatischen Endlagendämpfung nicht möglich macht. Bei der untenstehenden Abbildung ist der Dämpfungsring mit einem roten Pfeil markiert. Er ist zwischen Zylinderdeckel und Antriebskolben sowie Zylinderkopf und Antriebskolben montiert.

Die einstellbare pneumatische Endlagendämpfung

Die einstellbare pneumatische Endlagendämpfung wird bei größeren Geschwindigkeiten und Kräften verwendet. Diese Form ist effizienter als die flexible Dämpfung, da hier der Antriebskolben mit Hilfe eines „Luftpolsters“ abgedämpft wird. Die Kolbengeschwindigkeit wird auf den letzten 10...50 mm der vollen Hublänge des Zylinders reduziert. Dieser Wert hängt vom Aufbau des Zylinders ab und erhöht sich bei größeren Zylinderdurchmessern.

Die Dämpfung ist jeweils im Zylinderdeckel und Zylinderkopf eingebaut. Der Dämpfungsgrad kann mit der Einstellschraube am Deckel eingestellt werden.

Einstellbare Endlagendämpfungen sind gemäß ISO 15552 bei jedem Profil- und Zugstangenzylinder vorgesehen. Außerdem wird die einstellbare Endlagendämpfung auch bei vielen kolbenstangenlosen Zylindern sowie manchen Rund-und Sonderzylindern, bei denen diese Art der Dämpfung aufgrund der hohen Belastung notwendig ist, verwendet.

In der Abbildung ist die pneumatische Endlagendämpfung im Zylinderkopf und Zylinderdeckel rot markiert.

Diese schematische Darstellung erklärt die Funktion der einstellbaren pneumatischen Endlagendämpfung.

Funktion:

Wenn der Antriebskolben (5) des Zylinders in die Grundstellung fährt, wird die eingesperrte Luft durch den Luftanschluss (8) entlüftet (Abbildung 1).

Vor dem Erreichen der Endlage blockiert der Bremskolben (4) – als Teil des Antriebskolbens (5) - die freie Entlüftung der Zylinderkammer über den Luftanschluss (8) (Abbildung 2). Die Luft in der Zylinderkammer kann nur noch durch einen kleineren Querschnitt, welcher über die Drosselschraube eingestellt werden kann, entweichen.

In der Bremskammer (7) erhöht sich anschließend der Druck und erzeugt eine Luftfeder, die die Kolbenstange abbremst. Diese Bremskraft ist solange vorhanden, bis der Kolben die Endlage erreicht. Die Entlüftung kann über die Drosselschraube (2) eingestellt werden, sodass eine gleichbleibende Bremsbewegung erreicht werden kann.

WICHTIG! Mit der Stellschraube kann man nur den Dämpfungsgrad der letzten 10...50 mm des Zylinderhubs einstellen.

Die Geschwindigkeit über die volle Hublänge kann über Drosselrückschlagventile oder Drosselschalldämpfer eingestellt werden. Hierauf gehen wir in den nachfolgenden Abschnitten genauer ein.

7. Magnetische Positionserkennung

Sensoren sind unentbehrliche Elemente der Industrieautomatisierung. Sie steuern Abläufe und leiten Informationen in leicht auswertbarer Form zur Signalbearbeitung weiter.

Für die Positionserkennung des Antriebskolbens in einem pneumatischen Zylinder werden Positionssensoren, die nach dem magnetischen Prinzip arbeiten, verwendet.

Im Antriebskolben ist ein Dauermagnet eingebaut, der vom Näherungsschalter/Sensor ohne mechanischen Kontakt erkannt werden kann. Bei der Positionserkennung wird also eigentlich die Kolbenposition festgestellt.

Es gibt zwei Arten von Positionssensoren, die bei Pneumatikzylindern verwendet werden:

• Reedschalter
• Induktiver Schalter, PNP-Schalter

Reedschalter

Reedschalter bestehen aus zwei Schaltzungen, die dicht verschlossen und in ein Glasröhrchen eingeschmolzen sind. Hier werden die Bauteile gut vor Verschmutzung, Korrosion und Feuchtigkeit geschützt. Die Schaltzungen sind aus ferromagnetischem Material.

Induktiver Näherungsschalter, PNP-Schalter

Beim PNP-Schalter handelt es sich um einen induktiven Transistorschalter. Dieser kann sowohl normal offen als auch normal geschlossen verwendet werden. Durch das vom Magnetkolben induzierte Magnetfeld wird der PNP-Schalter angeregt und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal weiter.

Näherungsschalter besitzen eine LED, die den Schaltzustand anzeigt. Sie haben in der Regel drei Drähte und funktionieren in einem Spannungsbereich von 5...30 V DC.

Vorteile des induktiven PNP-Näherungsschalters gegenüber dem Reedschalter:

• Keine beweglichen Kontakte
• Höhere Schaltfrequenz
• Längere Lebensdauer

8. Die Geschwindigkeitsregulierung

Um die Kolbengeschwindigkeit zu steuern, wird am Entlüftungsanschluss des Zylinders gedrosselt. Dies verhindert eine sofortige Entlüftung des Zylinderraumes. Die Druckluft ist in beiden Kammern solange vorhanden, bis der Kolben des Zylinders die Endlage erreicht hat. Dadurch ist die Kolbenbewegung sehr gleichmäßig.

Wichtig: Zur Einstellung der Zylindergeschwindigkeit wird immer die vom Zylinderraum ausströmende Luft gedrosselt (nicht die einströmende).

Für die Geschwindigkeitsregulierung sind verschiedene Funktionsverschraubungen geeignet:

Das Drossel-Rückschlagventil

Diese Ventile ermöglichen es, die durchströmende Luft in eine Richtung zu drosseln. In die andere Richtung kann die Luft ungehindert strömen. Daher eignen sich Drossel-Rückschlagventile zur Geschwindigkeitsregulierung von Zylindern. Die ausströmende Luft wird gedrosselt, wodurch sich die Kolbengeschwindigkeit verlangsamt.

Es sind verschiedene Ausführungen von Drossel-Rückschlagventilen verbreitet, mit unterschiedlichen Maßen. .

Eine mögliche Variante sind Funktionsverschraubungen, die entweder in den Zylinder oder das Wegeventil eingeschraubt werden:

• In den Zylinder eingeschraubt: Es wird die aus dem Zylinder ausströmende Luft gedrosselt, à vom Gewindeanschluss in Richtung Steckanschluss.
• In den Arbeitsanschluss des Wegeventils eingeschraubt: Es wird ebenfalls die aus dem Zylinder ausströmende Luft gedrosselt, jedoch genau in die andere Richtung, à vom Steckanschluss in Richtung Gewindeanschluss.

Bei manuell einstellbaren Drosseln kann die Geschwindigkeitsregulierung entweder über Schraubenzieher oder Rändelschraube erfolgen.

Beispiele: Geschwindigkeitsregulierung eines Zylinders

Hier können wir drei exemplarische Zylindersteuerungen sehen. Die Luftversorgung kommt von einer gemeinsamen Luftaufbereitungseinheit.

Erste Steuerung

Der doppeltwirkende Zylinder C1 wird über das elektrisch betätigte (monostabile) 5/2-Wege-Ventil S1 gesteuert. Sobald das Ventil S1 betätigt wird, strömt die Druckluft mit vollem Querschnitt durch das Drossel-Rückschlagventil F1.1 in den Zylinder C1. Die Luft bewegt sich gleichzeitig aus der Minus-Kammer des Zylinders durch das Drossel-Rückschlagventil F1.2, wodurch eine Drosselung erzielt wird. Die ausströmende Luft entlüftet über das Ventil S1 ins Freie.

Wenn das Wegeventil S1 nicht mehr elektrisch betätigt wird, schaltet das Ventil zurück und der Zylinder C1 geht in die Grundstellung. Hierbei erfolgt die Geschwindigkeitsregulierung über die ausströmende Luft durch das Drossel-Rückschlagventil F1.1.

Die positive Bewegung des Zylinders wurde über das Drossel-Rückschlagventil F1.2 geregelt, die negative Bewegung des Zylinders über das Drossel-Rückschlagventil F1.1.

Zweite Steuerung

Der doppeltwirkende Zylinder C2 wird über das elektrisch betätigte (monostabile) 5/2-Wege-Ventil S2 gesteuert. Die Steuerung ist identisch zum vorherigen Beispiel.

Die Geschwindigkeit des Zylinders wird mit einem Drossel-Schalldämpfer eingestellt. Dabei sollte die Regulierung immer über die vom Zylinder ausströmende Luft erfolgen. Hierzu kann auch die Luft gedrosselt werden, die aus dem Ventil über Anschluss 3 und 5 entlüftet.

Sobald das Ventil S2 betätigt wird, strömt die Druckluft in die Plus-Kammer des Zylinders und lässt die Kolbenstange ausfahren. Die Luft aus der Minus-Kammer des Zylinders entlüftet über das Ventil S2. Sie strömt durch den Drossel-Schalldämpfer F2.2, der die Geschwindigkeit reguliert.

Sobald das Wegeventil S2 nicht mehr betätigt wird, schaltet das Ventil zurück. Die Luft wird von der Plus-Kammer des Zylinders C2 durch das Ventil S2 und somit durch den Drossel-Schalldämpfer F2.1 entlüftet. Der Zylinder fährt mit gedrosselter Geschwindigkeit in die Grundstellung zurück.

Die positive Bewegung des Zylinders wurde über den F2.2-Drossel-Schalldämpfer geregelt, die negative Bewegung über den F2.1-Drossel-Schalldämpfer.

Dritte Steuerung

Ein doppeltwirkender Zylinder C3 wird über das elektrisch betätigte (monostabile) 5/2-Wege-Ventil S3 gesteuert. Die Steuerung ist identisch zu den anderen Beispielen.

In diesem Beispiel soll die positive Bewegung des Zylinders sehr schnell erfolgen, weshalb ein Schnellentlüftungsventil F3.2 verwendet wird. Die Rückstellung in Grundstellung erfolgt über das Drossel-Rückschlag-Ventil F3.1.

Das Schnellentlüftungsventil wird immer dann eingesetzt, wenn ein Zylinder schnell öffnen oder schließen soll. Es ermöglicht eine schnelle Entlüftung. Die vom Zylinder C3 wegströmende Luft wird nicht durch das Steuerventil S3, sondern durch das Schnellentlüftungsventil F3.2 über Anschluss 3 entlüftet.

Die positive Bewegung des Zylinders erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, aufgrund des Schnellentlüftungsventils F3.2. Die Geschwindigkeit der negativen Bewegung kann über das Drossel-Rückschlagventil F3.1 eingestellt werden.

9. Internationale Normen

Häufig verwendete Pneumatik-Zylinder wurden zum Zweck der Kompatibilität standardisiert. Dank der Normung sind Anbau- und Zubehörteile der Zylinder herstellerunabhängig austauschbar.

Nachfolgend gehen wir auf die bekanntesten Zylinderstandards ein:

Die Auflistung erhebt kein Anspruch auf Vollständigkeit. Es sind weitere Ausführungen am Markt erhältlich.

Der HAFNER-Zylinder ISO 15552

• Die internationale Norm ISO 15552 gilt seit 2004.
• Die Vorgänger-Norm war als ISO 6431 bekannt (1992-2004).

Die Norm bestimmt den Durchmesser (ø32...ø320 mm), den Maximaldruck (10 bar), einige weitere Zylinderparameter, Maße sowie die Anbauteile (Norm-Zubehör).

Aufgrund der Normung sind die Anbauteile verschiedener Hersteller untereinander austauschbar. Bei HAFNER heißen die ISO 15552-Zylinder DIL und DIP (bzw. DBL und DBP = Ausführung mit durchgehender Kolbenstange)

Bei unseren ISO 15552-Zylindern der D-Serie verwenden wir die folgenden Materialien:

Bei hoher Beanspruchung bzw. Laufleistung können die Dichtungen des Zylinders schneller verschleißen als andere Bauteile. Daher ist ein Reparaturset mit allen Dichtungen erhältlich, sodass der Zylinder wieder instand gesetzt werden kann. Es ist für die DIL-, DIP-, DBL- und DBP-Zylinder geeignet und trägt die Typenbezeichnung DIR.