Teubner Studienskripten (TSS)

Transkript

1 Teubner Studienskripten (TSS) Mit der preiswerten Reihe Teubner Studienskripten werden dem Studenten ausgereifte Vorlesungsskripten zur Unterstützung des Studiums zur Verfügung gestellt. Die sorgfältigen Darstellungen. in Vorlesungen erprobt und bewährt. dienen der Einführung in das jeweilige Fachgebiet. Sie fassen das für das Fachstudium notwendige Präsenzwissen zusammen und ermöglichen es dem Studenten. die in den Vorlesungen erworbenen Kenntnisse zu festigen. zu vertiefen und weiterführende Literatur heranzuziehen. Für das fortschreitende Studium können Teubner Studienskripten als Repetitorien eingesetzt werden. Die auch zum Selbststudium geeigneten Veröffentlichungen dieser Reihe sollen darüber hinaus den in der Praxis Stehenden über neue Strömungen der einzelnen Fachrichtungen orientieren.

2 Pneumatische Steuerungstechnik Von Dipl.-Ing. Rudolf Haug Professor an der Fachhochschule für Technik Esslingen 2., neubearbeitete und erweiterte Auflage mit 224 Abbildungen B. G. Teubner Stuttgart 1991

3 Prof. Dipl.-Ing. Rudolf Haug 1933 in Stuttgart-Berg geboren Mittlere Reife an der Schelztor-Oberschule in Esslingen außerordentliches Abitur Studium des Maschinenbaus an der Technischen Hochschule Stuttgart bei der Firma Gebr. Boehringer in Göppingen: Entwicklung und Konstruktion von Kopierdrehmaschinen mit pneumatisch gesteuerten Beschickungseinrichtungen Betriebsleiter der Firma Ritter-Aluminium in Esslingen: Einsatz pneumatischer Steuerungen im Vorrichtungsbau und Spritzlackiereinrichtungen. Seit 1968 Dozent an der Fachhochschule für Technik Esslingen in der Abteilung Feinwerktechnik für die Fachgebiete Fertigung und Steuerung der Werkzeugmaschinen mit dem Schwerpunkt auf pneumatischen Steuerungen. Neben der Lehrtätigkeit ständiger Kontakt mit der Industrie in dem Bereich der Fertigungseinrichtungen und Automation mit Hilfe pneumatischer Steuerungen. Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Haug, Rudolf: Pneumatische Steuerungstechnik / von Rudolf Haug. - 2., neubearb. und erw. Auf!. - Stuttgart : Teubner, 1991 (Teubner-Studienskripten ; 81 : Maschinenbau) 1. Auf!. u.d.t.: Haug, Rudolf: Pneumatik ISBN ISBN (ebook) DOI / NE: GT Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheber rechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen B. G. Teubner Stuttgart 1991 Gesamtherstellung: Druckhaus Beltz, Hemsbach/Bergstraße Einband: P.P.K,S-Konzepte T. Koch, Ostfildern!Stuttgart

4 Vorwort zur 2. Auflage Dieses Skriptum entstand aus Vorlesungen für Steuerungstechnik an der Fachhochschule für Technik Esslingen, Fachrichtung Feinwerktechnik, an der Berufsakademie Stuttgart, Studienrichtung Maschinenbau und Fertigung, an der Medizinisch-Technischen Akademie Esslingen, sowie aus Seminaren für industrielle Steuerungstechnik des Volkswagenwerkes in Wolfsburg, Abteilung Fortbildung. Die Stoffgebiete sind so aufgebaut, daß zum Verständnis nur die Kenntnisse der Mathematik und Physik des Grundstudiums notwendig sind. MitHilfe zahlreicher Beispiele und Übungsaufgaben soll dieses Skriptum dem Studenten des Maschinenbaus und der Feinwerktechnik eine leicht verständliche Einführung in die modeme pneumatische Steuerungstechnik geben. Weiterhin führt es in die Kriterien der Dimensionierung und Ausführung pneumatischergeräte und Anlagen ein. Zur Erleichterung des Verständnisses beim Selbststudium enthält das Skriptum zum Anfang eine Zusammenfassung der physikalischen und technischen Grundlagen der Pneumatik (Kapitel 2). Die verwendeten Formelzeichen wurden weitgehend nach DIN 1304 gewählt. Der Anwendungsschwerpunktder Pneumatik liegt heute in der Steuerungstechnik. Aus diesem Grunde wird in diesem Skriptum auf die logische Verknüpfung der FunktionsbedingungenmitHilfe der BoolschenAlgebra ausführlich eingegangen. Der logische Signalflußplan wird mit Schaltzeichen nach DIN dargestellt. Der Aufbau pneumatischer Steuerungen wird besonders unter dem Gesichtspunkt der gerätetechnischen Problematik der verschiedenen Gerätesysteme behandelt. Die Darstellung pneumatischer Geräte und Steuerungen erfolgt nach DIN-ISO 1219.

5 - IV- Auf die elektrische Ansteuerung der elektropneumatischen Bauelemente wird in dem Kapitel 4 eingegangen. Dabei wird in einführender Form der Aufbau elektromechanischer Schaltpläne nach DIN und die Verknüpfung mit dem pneumatischen Steuerungsteil beschrieben (Kapitel 4.1 ). In Kapitel 4.2 wird die Arbeitsweise der SPS-Steuerung mit Beispielen fürdeneinsatzmitpneumatischen Bauelementen dargestellt. Um eine sinnvolle Anwendung der Pneumatik zu ermöglichen, wird im Kapitel 5 der mechanische Aufbau und die für den praktischen Einsatz notwendigen Grundlagen pneumatischer Logikbausteine und Sensoren behandelt. Das Kapitel 6 beschäftigt sich ausschließlich mit dem Aufbau und den Berechnungsgrundlagen der pneumatischen Aktorik. Dadurch wird es möglich, zusammen mit der in Kapitel 7.4 beschriebenen Druckverlustbestimmung praktische Aufgaben zu realisieren. Im letzten Kapitel wird noch auf die näherungsweise Bestimmung der Druckverluste eingegangen, die in erster Näherung eine Dimensionierung der Bauteile für praktische Aufgaben ermöglicht. Dem Verlag B.G. Teubner danke ich für die gute Zusammenarbeit. Lenningen-Brucken, Mai 1991 RudolfHaug

6 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Druckluft in der Vergangenheit Anwendungsgebiete der Pneumatik Steuerungstechnik Antriebe Schlagende Werkzeuge Rotierende Antriebe Linearantriebe Unmittelbar wirkende Druckluftsysteme Vor- und Nachteile der Pneumatik Eigenschaften der Pneumatik Grundlagen der Pneumatik Druckdefinition Übungen Chemische und physikalische Werte der Luft Chemische Zusammensetzung Physikalische Werte Luftzustandsänderung bei konstanter Temperatur Luftzustandsänderung bei konstantem Volumen Luftzustandsänderung bei konstantem Druck (Isobare) Luftzustandsänderung bei Veränderung aller drei Einflußgrößen Luftgewicht und Dichte Luftfeuchtigkeit Luftmenge (Normvolumen) Übung Grundlagen der Steuerungstechnik Aufgaben der Steuerungstechnik Digitaltechnik... 29

7 -VI BegritTsdefinition Elementare Schaltfunktionen Rechenre~eln der Schaltalgebra RechenbeISpiele mit den Grundfunktionen Integrierte Schaltzeichen DIN FunktionstabeUe Zeitglieder Speicherglieder Dynamische Eingangssignale Taktflankensteuerung Darstellung von Ablaufsteuerungen Programmablaufplan DIN Zustandsdiagramm nach VDI Signalflußplan für Ablaufketten (Taktstufensteuerung) Pneumatische Steuerungen Pneumatische Schaltzeichen Pneumatische Schaltzeichen DIN-ISO Ventile mit festen Schaltstellungen Bezeichnung der Anschlüsse nach DIN Signalerzeugung für das "positive" Steuers'ystem "Negatives" pneumatisches Steuersystem Pneumatische Verknüpfungsglieder DIN-ISO Realisierung der ODER-Funktionen Realisierung der UND-Funktionen Druck- und StromventUe nach DIN-ISO DruckventUe StromventUe (Tafel 24) Ubungen Nicht genormte Schaltzeichen nach DIN Schaltpläne nach VDI Richtlinien zur Schaltplandarstellung Anwendungsbeispiel für nicht genormte pneumatische Schaltzeichen

8 -VD- 3.4 Pneumatische Lösungsbeispiele für häufig wiederkehrende Steuerungsaufgaben Kombinatorische Steuerungen Beispiele für Grundsteuerungen UND-/ODER-Verknüpfungen UND-INICHT-Verknüpfungen Zeitschaltungen Anstiegsflanken - Impulsformer Triggerbares monostabiles Schaltelement Laufzeitüberwachung (Anstiegsflanken- Impulsformer) Schaltungen mit Speicherelementen Monostabiles Kil'pgUed (Ampelschaltung) Astabiles Ki~tYed (mit Startrichtimpuls) Binärstufen tung (T-Kipp~lied) Logischer Aufbau der dualcodierten Zählschaltung Zweihandsicherheitssteuerung Steuerungsarten in der Pneumatik Manuelle Steuerungen Zeitabhängige Folgesteuerung Programmschaltwerksteuerung SChrittschaltwerksteuerung Wegabhängige Folgesteuerung Taktstufentechnik (Ablautkette) Autbau der pneumatischen Thktkette PeripheriesteuerteU für die Thktkette Energieversorgungssteuerung Luftautbereitung Druckluftfreigabe

9 - VIII- 4 Elektropneumatische Steuerung Elektropneumatischer Schaltplan Elektromechanik-Schaltplan DIN Schaltzeichen und Kennzeichnung elektrischer Schaltglieder DarsteUung elektromechanischer Schaltpläne DIN Funkenlöschung Logische Gatter im Stromlaufplan Beispiel Funktionsbeschreibung für den Stromlaufplan Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) Aufbau und Arbeitsweise der SPS Reaktionsverzögerung bei der SPS-Pneumatik Ausführung der SPS-Steuerung Beispiel: SPS - pneumatische Steuerung Gerätetechnischer Aufbau pneumatischer Steuerungen Pneumatische Logikbausteine... l Kolbengesteuerte Wegeventile (Kolbenschieber) Längs-F1achschieberventil Drehschieberventil Sitzventile Sperrventile Wege(Sperr )sitzventile Betätigungsarten der Kolben- und Sitzventile Mechanische Steuerkolbenbetätigung Pneumatische Steuerkolbenbetätigung _1.5.3 Elektromechanische Steuerkolbenbetätigung Membranelemente Mikromembranelemente Folienelemente Strömungsdynamische Systeme als Wegeventile

10 - IX Funktionsprinzip Turbulenzverstärker Grenzschichtverstärker (Wandstrahlverstärker) Impulsverstärker Pneumatische Sensoren (strömungsdynamische Signalgeber) Luftschranke Luftschranken mit Vorverstärkung der Empfängerdüse Staudruckgeber (Rückstaufühler) Niveauabtastung Analogsignalgeber Reflexdüse (Ringdüsenfühler) Ultraschallschranken Druckmeßgeräte _ Signalwandler Aussage der Druckmessung Mechanische Druckmeßgeräte (Manometer) Rohrfederdruckanzeigegerät Schraubenfederdruckmeßgerät Kapselfederdruckmeßgerät Wellenrohrfederdruckmeßgerät Flüssigkeits-Druckmeßgeräte Optische Signalgeber (Sichtanzeiger) Signal wandler (pneumatisch - elektrisch - pneumatisch) Mechanische PE-Wandler Elektromagnetische Wandler Binäre EP-Wandler Analoge EP-Wandler (Proportional- Servo-Systeme) Piezoelektrische Wandler Piezoresistive PE-Wandler Druckventile Druckbegrenzungsventile Druckregelventil (Druckminderventil) Druckgefälleventil (Differenzdruckventil)

11 -x- 5.5 Strom ventile (Drosselventile) Eigenschaften Berecbnunpgrundlagen pneumatischer Widerstände Ausfübru.belspiele FeStwIderstand Verstellbare Widerstände "... "... " "... " Arbeitselemente Aktorik Zylinder Kolbenzylinder Doppeltwirkende Zylinder OH ?:ylinderkraft Kolbengeschwindigkeit BewegunBscharakteristik des Zylinders bei der Abluftdrosselung Zahlenbeispiel zur Bestimmung des unbeeinflußbaren Kolbenweges (abluftgedrosselt) Bewegungsverhalten bei der ZulufUJrosselung Bewegungsverh81ten bei der Endlagendätnpfung Luftverbraucli Einfach wirkender Zylinder." " ;. "... " Kolbenstangenlose Zylinder " " Sonderbauarten von Kolbenzylindern." OH Vorschubeinheit mit Öischleppzylinder Membranzylinder Druckluftmotoren (rotierend) Anwendungsbereich Bauarten Hubkolbenmotoren Drehkolbenmotoren Düsengeräte Spritzgeräte " OH " Sandstrablgeräte Ausblasdiisen Schwebetisch Pneumatikfinger (Greifelemente)

12 -XI- 7 Installation und Zubehör für Steuerungen Wartungselemente J?ruckluftfilter und Wasserabscheider Oler Wartungseinheit Druckluftleitungen und Verbindungen Leitungsverbindungen Integrierte Verbindungstechnik Druckverlust im Pneumatiksystem Thfelverzeichnis Bilderverzeichnis Literaturverzeichnis Index