Pneumatik 1 Unter Pneumatik versteht man die technische Anwendung der Druckluft zur DurchführungvonBewegungsvorgängenanMaschinenundAnlagen.

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2 PNEUMATIK. Schulstufe Pneumatik Unter Pneumatik versteht man die technische Anwendung der Druckluft zur DurchführungvonBewegungsvorgängenanMaschinenundAnlagen. EIGENSCHAFTEN DER DRUCKLUFT (Vor- und Nachteile gegenüber der Hydraulik): Vorteile: LuftstehtpraktischüberallinunbegrenzterMengezurVerfügung. Druckluft ist in Leitungen auch über größere Entfernungen leicht zu transportieren. DruckluftkannineinemBehältergespeichert werden. Druckluft ist unempfindlich gegen extreme hohe und niedrige Temperaturen undtemperaturschwankungen. DurchDruckluftentstehtkeineBrand-undExplosionsgefahr. Druckluftistsauber(keineVerschmutzungendurchaustretendeDruckluft). EinfacheArbeitselementeundVentile,daherauchrelativpreiswert. Druckluft ist ein sehr schnelles Arbeitsmedium. Daher hohe Arbeitsgeschwindigkeitenerreichbar. GeschwindigkeitenundKräftesindstufenlos regelbar. Nachteile (Negative Eigenschaften) : Aufwendige Aufbereitung der Luft notwendig (Schmutz und Feuchtigkeit dürfennichtmitgeführtwerden). Mit Druckluft als Arbeitsmedium ist es nicht möglich gleichmäßige und konstantekolbengeschwindigkeitenzuerzielen. DruckluftistnurbiszueinemgewissenKraftaufwandwirtschaftlich. (Beica.6bis7barliegtdieGrenzebei.bis.N.) ANWENDUNG DER PNEUMATIK: Die Pneumatik hat ihren festen Platz in der Automatisierungstechnik. Schnelle Realisierung kleiner Anwendungen. Die Pneumatik dient zur Steuerung schneller, ausreichend gleichmäßiger und auch exakter Bewegungen mit relativ geringem Kraftaufwand. DRUCKLUFTERZEUGUNG: Durch Verdichter (Kompressoren), welche die Luft ansaugen und auf den gewünschten Arbeitsdruck verdichten(7 bis 9bar). Um Druckschwankungen (wenn gerade Druckluft benötigt wird) auszugleichen wird diese Druckluft in eigenen Druckluftbehältern (Speicher bzw. Druckkessel) gespeichert....symbol einer Energiequelle...Kompressor Bern /; pneu.cdr AUFBEREITUNG DER DRUCKLUFT: Zur Entfernung von Schmutz und Feuchtigkeit (Kondenswasser), sowie Regelung der Druckluft (inkl. Anzeige mittels Manometer) und Beimengung von geringsten Mengen feinzerstäubtem Öl werden in Pneumatikanlagen sogenannte Wartungseinheiten verwendet. SiedienengegenmöglichenVerschleissundzumSchutzvorKorrosion.

3 PNEUMATIK. Schulstufe Wartungseinheit: Es handelt sich um eine Gerätekombination bestehend aus: Druckluftfilter: Druckluftregler: Druckluftöler: oder mit Wasserabscheider mit autom. Wasserabscheider Eigentliche Symbolkombination: Vereinfachtes Symbol: mit Druckluftöler ohne Druckluftöler BEEINFLUSSBARE GRÖSSEN IN PNEUMATISCHEN ANLAGEN: ) Druck: Druck Kolbenkraft Kraft = p = Fläche Kolbenfläche in N/m Da in der Pneumatik (Hydraulik) vom Athmosphärendruck ausgegangen wird, setzt man für p auch p (e = excedens = überschreitend). e F A in N in m SI- Einheit für den Druck: Pascal (Pa) Pa = N/m Übliche Einheit in der Pneumatik (Hydraulik): bar bar = Pa = N/m = N/dm = N/cm Bern /; pneu.cdr ) Durchflussmenge: Durchflussmenge = Kolbenfläche x Kolbengeschwindigkeit in m Q=A. v K Luftstrom in m /s oder m /min K in m/s oder m/min

4 PNEUMATIK. Schulstufe PNEUMATISCHE ARBEITSELEMENTE (Aktuatoren): Die pneumatische Energie wird mittels Druckluftzylinder in geradlinige, hin- und hergehende,mittelsdruckluftmotoreindrehendeundmittelsdruckluftschwenkmotore inschwenkendebewegungenumgewandelt. a) Zylinder (lineare Aktuatoren): Einfachwirkender Zylinder (EWZ): Doppeltwirkender Zylinder (DWZ): Er wird in Arbeitsrichtung einseitig mit Druckluft beaufschlagt. Die wirksame Kraft wird um den gegenwirkenden Federkraftanteil reduziert. Er hat nur an der mit Druckluft beaufschlagten Seite einen Anschluss. Die federseitige Entlüftung erfolgt meist nur durch eine einfache Bohrung. BegrenzteEinsatzmöglichkeit. TechnischeDaten: Geschwindigkeiten:ca.bis5mm/s Hublängen: ca.bis5mm Kräfte: ca.bis4n Weitere Zylinderarten: DWZ mit doppelt einstellbarer Endlagendämpfung Er wird in beiden Richtungen mit Druckluft beaufschlagt. Die Kolbenstange kann in Vorund Rückhub belastet werden. An diesem Zylinder befindet sich für jede Druckkammer ein Anschluss. Vor Umschaltung in die Gegenrichtung muss die entsprechende Druckkammer zuerst entlüftet werden. Universell einsetzbar und für ziehende und schiebendebewegungengeeignet. TechnischeDaten: Geschwindigkeiten:ca.bismm/s Hublängen: ca.bismm Kräfte: ca.bis48n DWZ mit zweiseitiger Kolbenstange b) Motore: Druckluftmotor mit einer Drehrichtung (Stromrichtung): Druckluftmotor mit zwei Drehrichtungen (Stromrichtungen): Druckluftmotor mit zwei Drehrichtungen (Stromrichtungen) und einem veränderlichen Verdrängungsvolumen (drehzahlgeregelt): c) Schwenkmotor: (in beide Drehrichtungen) Bern /; pneu.cdr

5 PNEUMATIK. Schulstufe VENTILE (Stellglieder, Prozessoren und Sensoren): DiessindGerätezurSteuerungoderRegelungeinesDruckmittels(z.B.:Druckluft).Die Benennung Ventil gilt als übergeordnet für alle Bauarten, wie Sitzventile, SchieberventileoderHähne. Die Ventile werden nach ihrer Funktion in 5 Gruppen aufgeteilt: a) Wegeventile b) Sperrventile c) Druckventile d) Stromventile e) Absperrventil a) Wegeventile: DiessindVentile,welchedenWegeinesLuftstromesbeeinflussen. Das Konstruktionsprinzip eines Ventils ist mit ausschlaggebend für die Lebensdauer, die Betätigungskraft, die Betätigungsmöglichkeit, die Anschlussmöglichkeit,dieBaugrößeundnatürlichauchfürdenPreis. Wir unterscheiden: Sitzventile: Kugelsitzventile Tellersitzventile Schieberventile: Längsschieberventile Flachschieberventile Längsflachschieberventile Dreh- oder Plattenschieberventile Membranschieberventile Darstellung von Wegeventilen: Dazu werden in Schaltplänen Sinnbilder verwendet, welche die Funktionen der Ventile zeigen. Beispiel: Zwei Kästchen für zwei Schaltstellungen /- Wegeventil in Sperrruhestellung Druckknopf (manuelle Betätigung) Weitere Ventilstellungen: Rückstellfeder im rechten Kästchen (Quadrat) sind Anschlüsse (, u.) Wichtige Wegeventile: Sperrruhestellung Durchflussruhestellung / Wegeventil / Wegeventil 4 4 Bern /;,pneu4.cdr 5 Sperrschaltstellung Durchflussschaltstellung 4/ Wegeventil 5/ Wegeventil 4

6 PNEUMATIK. Schulstufe Betätigungsarten: manuelle Betätigungen:... allgemein... Hebel... Druckknopf mit Feststellraste... Druckknopf mechanische Betätigungen:... Pedal... Taster...Kipprolle (Rolle mit Leerrücklauf)... Tastrolle elektrische Betätigungen:...Federrückstellung Y... Elektromagnet mittels Druckluft (Steuerluft) für indirekte Betätigung:: 4... Druckbeaufschlagung 4... öffnet von nach 4... öffnet von nach... sperrt von nach Um einen sicheren und richtigen Einbau der Ventile zu gewährleisten, sind die Anschlüsse mit Ziffern (ISO) oder nach der älteren Variante mit Buchstaben (ÖNORM) gekennzeichnet. Energieanschluss (Druckluftanschluss) Arbeitsanschlüsse Entlüftungsanschlüsse Steueranschlüsse (Druckluftanschlüsse) ISO 4; ;5 4;; ÖNORM P A;B R;S Z;Y;X Weitere Symbolerklärung:... Arbeits- oder Druckleitung... Leitungskreuzung...Entlüftungsleitung... Leitungsverbindung Bern /; pneu5.cdr... Umrandung einer Gerätekombination 5

7 PNEUMATIK. Schulstufe EINFACHE PNEUMATISCHE STEUERUNGEN: Übung : Direkte Ansteuerung: Es soll durch Betätigung eines Druckknopfes der Kolben ausfahren und nach Loslassen dieser Taste wieder einfahren. a) eines Einfachwirkenden Zylinders: b) eines Doppeltwirkenden Zylinders: 4 5 Übung : Indirekte Ansteuerung eines Doppeltwirkenden Zylinders: Es soll durch Betätigung eines Druckknopfes der Kolben ausfahren und nach Loslassen dieser Taste wieder einfahren Bern 6/7; pneu6.cdr 6

8 PNEUMATIK. Schulstufe EINFACHE PNEUMATISCHE STEUERUNGEN: Übung : Willensabhängige Steuerung eines Doppeltwirkenden Zylinders: Durch zwei Wegeventile mit Druckknopf und Hebel soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben beim Betätigen des Druckknopfes ausfährt, auch beim Loslassen noch solange in der vorderen Endlage stehen bleibt, bis über das Wegeventil mit dem Hebel das Gegensignal für das Einfahren gegeben wird DER SYSTEMSCHALTPLAN (Struktur pneumatischer Systeme) : Dem Systemschaltplan liegt eine gewisse Ordnung zugrunde. Pneumatikelemente werden waagrecht gezeichnet (Kolbenstange nach rechts) und die Steuerung in einzelne Steuerketten gegliedert. An die Pneumatikelemente werden Ziffernbuchstabenbezeichnungen angebracht. Befehlsausführung A Arbeitselemente (Zylinder, Motore etc.) Signalausgabe V Stellelemente (Wegeventile) z.b.: 4/ oder 5/-Wegeventile Signalverarbeitung V Verarbeitungselemente (Wegevebtile, Wechselventile, Zweidruckventile, Druckventile) Bern /; pneu7.cdr Signaleingabe Energieversorgung Absperrventil S S S Z S 7 Eingabeelemente (Wegeventile mit Druckknopf oder Hebel, Kipprolle etc.) Versorgungselemente (Druckquelle, Wartungseinheit, Absperrventil etc.) Wartungseinheit

9 PNEUMATIK. Schulstufe Übung 4: Wegabhängige Steuerung eines Doppeltwirkenden Zylinders: Durch ein Wegeventile mit Druckknopf soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben beim Betätigen des Druckknopfes ausfährt und nach Erreichen seiner vorderen Endlage automatisch und selbsttätig wieder einfährt. A S 4 V 4 S 5 S S Z Übung 5: Kontinuierliche Hin- und Herbewegung eines DWZ mit der Möglichkeit einer Abschaltung: A S S 4 V 4 S 5 S S Bern /; pneu8.cdr 8

10 PNEUMATIK. Schulstufe b) Sperrventile: Dies sind Ventile, welche den Druckluftdurchfluss vorzugsweise in einer Richtung sperren und in der entgegengesetzten Richtung mehr oder weniger freigeben. Wir unterscheiden: Rückschlagventil: c)stromventil: Drosselventil (oder einfach Drossel)... unbelastet... belastet (mit Federrückstellung)...regelbar (einstellbar) Drosselrückschlagventil (Kombination aus Rückschlagventil und Drossel) : Geschwindigkeitsregulierung eines DWZ mittels Drosselrückschlagventilen (verlangsamen der Kolbengeschwindigkeit): Beispiel : Beispiel : Geschwindigkeitsregulierung im Vorhub (Abluftdrosselung). Diese Art ist Standard bei großvolumigen Zylindern. (Lastunabhängig) Beispiel : Geschwindigkeitsregulierung im Rückhub (Zuluftdrosselung). Diese Art wird höchstens bei kleineren Zylindern verwendet. Abluftdrosselung und damit Geschwindigkeitsregulierung im Vor- und Rückhub. Bern /; pneu9.cdr Schnellentlüftungsventil: zum Stellglied (z.b.: 5/- Wegeventil) mittels kurzer Leitung zum Zylinder 9 Dieses Ventil dient ebenfalls, wie das Drosselventil und das Drosselrückschlagventil, der Geschwindigkeitsregulierung. Es wird zur Geschwindigkeitserhöhung der Kolbenstange an meist Doppeltwirkenden Zylindern eingesetzt. Der aus dem Zylinder ausströmende Luftstrom wird direkt am Anschluss (Filter und Schalldämpfer) dieses Ventils ins Freie geleitet.

11 PNEUMATIK. Schulstufe Übung 6: Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes oder eines Hebels sehr langsam ausfahren und dann nach Erreichen seiner vorderen Endlage selbst tätig sehr schnell wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) Wechselventil (ODER- Ventil): A S Es wird eingesetzt, wenn eine Funktion wahlweise von zwei verschiedenen Stellen aus ausgeführt werden soll. V V4 V 4 4 V 5 S S S Übung 7: Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes und eines Hebels sehr langsam ausfahren und dann nach Erreichen seiner vorderen Endlage selbsttätig sehr schnell wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) S V S Zweidruckventil (UND- Ventil: Es wird eingesetzt, wenn mindestens zwei Signale zur Ausführung einer Funktion vorhanden sein müssen. Bern /; pneu.cdr

12 PNEUMATIK. Schulstufe Übung 8: Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes und eines Hebels sehr langsam ausfahren und dann nach Erreichen seiner vorderen Endlage selbsttätig, oder vorzeitig durch Betätigung eines weiteren Druckknopfes, sehr schnell wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) A S V4 V5 V 4 4 V 5 V S S S S4 Bern /; pneu.cdr

13 PNEUMATIK. Schulstufe Übung 8: Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes und eines Hebels sehr langsam ausfahren und dann nach Erreichen seiner vorderen Endlage selbsttätig, oder vorzeitig durch Betätigung eines weiteren Druckknopfes, sehr schnell wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) Bern /; pneu.cdr

14 PNEUMATIK. Schulstufe c) Druckventile: Dies sind Ventile, welche vorwiegend den Druck beeinflussen, bzw. durch die Größe des Druckes gesteuert werden. Wir unterscheiden: Druckregelventil (einstellbar ohne Auslassöffnung) : Druckregelventil (einstellbar mit Auslassöffnung) : Druckschaltventil (mit äußerer Zuleitung) : Druckbegrenzungsventil (mit direkter Zuleitung): Druckschaltventil - Kombination: Zeitverzögerungsventil: Bern 6/7; pneu.cdr

15 PNEUMATIK. Schulstufe Übung 9: Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes sehr langsam ausfahren (ausnahmsweise zuluftgedrosselt) und nach Erreichen eines Drucks von ca.,5 bar selbsttätig wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) Z A V V V S Bern /; pneu.cdr

16 PNEUMATIK. Schulstufe Übung 9: Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes sehr langsam ausfahren (ausnahmsweise zuluftgedrosselt) und nach Erreichen eines Drucks von ca.,5 bar selbsttätig wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) Bern /; pneu.cdr

17 PNEUMATIK. Schulstufe Übung : Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes sehr langsam ausfahren und nach eindeutigem Erreichen seiner vorderen Endlage, aber erst nach ca. s, selbsttätig wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) A S V V V S S Bern 6/7; pneu4.cdr 4

18 PNEUMATIK. Schulstufe Übung : Der Kolben eines DWZ soll nach Betätigung eines Druckknopfes sehr langsam ausfahren und nach eindeutigem Erreichen seiner vorderen Endlage, aber erst nach ca. s, selbsttätig wieder einfahren. (Vereinfachte Darstellung der Versorgungsebene) Bern /; pneu4.cdr 4

19 PNEUMATIK. Schulstufe Darstellungsmöglichkeiten des Arbeitsablaufes: a) Aufschreiben in chronologischer Reihenfolge: Zylinder fährt aus und hebt ein Paket hoch. Zylinder fährt aus und schiebt dieses Paket auf ein Förderband Zylinder fährt ein Zylinder fährt ebenfalls ein. b) In Tabellenform: Arbeitsschritt Bewegung Zylinder Zylinder 4 aus ein aus ein c) Als Zeigerdiagramm (Vektoren): Zylinder Zylinder Zylinder Zylinder Vereinfachte Darstellung für: Ausfahren (Vorhub): Einfahren (Rückhub): d) Kurzschreibweise: +;+;-;- Bezeichnung für: Ausfahren (Vorhub): + Einfahren (Rückhub): _ e) Bewegungsdiagramm: "WEG - SCHRITT - DIAGRAMM" Hier wird der Arbeitsablauf eines Arbeitselementes dargestellt, und zwar wird in AbhängigkeitvondenjeweiligenSchrittenderzurückgelegteWegaufgetragen. Sind für eine Steuerung mehrere Arbeitsglieder vorhanden, so werden diese in derselbenweisedargestelltunduntereinandergezeichnet. DerZusammenhangwirddurchdieSchrittehergestellt. START S A 4 S S S 5= Bern /; pneu5-neu.cdr A Weg 5 Schritte S

20 PNEUMATIK. Schulstufe Übung (nach dem vorherigen Weg-Schritt-Diagramm) : Durch ein Wegeventil mit Druckknopf soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben beim Betätigen des Druckknopfes ausfährt und ein Paket nach vorne bewegt. Danach soll der Kolben eines zweiten Zylinders dieses Paket in eine Schachtel schieben. Anschließend soll zuerst der Kolben des Zylinders und dann der Kolben des Zylinders einfahren. Lageplan Weg-Schritt-Diagramm A A 4 START S S S S 5= S Schaltplan A S S A S S V V V V V 5 5 S S S S S Bern /; pneu6-neu.cdr 6

21 PNEUMATIK. Schulstufe Übung (nach dem vorherigen Weg-Schritt-Diagramm) : Durch ein Wegeventil mit Druckknopf soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben beim Betätigen des Druckknopfes ausfährt und ein Paket nach vorne bewegt. Danach soll der Kolben eines zweiten Zylinders dieses Paket in eine Schachtel schieben. Anschließend soll zuerst der Kolben des Zylinders und dann der Kolben des Zylinders einfahren. Lageplan Weg-Schritt-Diagramm A A 4 START S S S S 5= S Bern /; pneu6-neu.cdr 6

22 PNEUMATIK. Schulstufe Übung : Durch ein Wegeventil mit Druckknopf soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben beim Betätigen des Druckknopfes langsam ausfährt und anschließend sofort wieder einfährt. Anschließend soll der Kolben des Zylinders ebenfalls langsam ausfahren und sofort wieder einfahren. Weg-Schritt-Diagramm START S A A 4 S S S 5= S Schaltplan A S S A S S V V V V V S S S S S Bern /; pneu7-neu.cdr 7

23 PNEUMATIK. Schulstufe Übung : Durch ein Wegeventil mit Druckknopf soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben beim Betätigen des Druckknopfes langsam ausfährt und anschließend sofort wieder einfährt. Anschließend soll der Kolben des Zylinders ebenfalls langsam ausfahren und sofort wieder einfahren. Weg-Schritt-Diagramm START S A A 4 S S S 5= S Bern /; pneu7-neu.cdr 7

24 PNEUMATIK. Schulstufe Übung : Durch ein Wegeventil mit Druckknopf soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben des. Zylinders ausfährt. Wenn dieser die vordere Endlage erreicht hat, soll die Kolbenstange des. Zylinders ebenfalls ausfahren und sofort, selbsttätig wieder einfahren. Danach soll die Kolbenstange des. Zylinder ebenfalls wieder in die Ausgangslage zurückkehren. Weg-Schritt-Diagramm START S A 4 S 5= S A S S Schaltplan A S S A S S V V V V V 5 5 S S S S S Bern /; pneu8-neu.cdr 8

25 PNEUMATIK. Schulstufe Übung : Durch ein Wegeventil mit Druckknopf soll ein DWZ so angesteuert werden, dass der Kolben des. Zylinders ausfährt. Wenn dieser die vordere Endlage erreicht hat, soll die Kolbenstange des. Zylinders ebenfalls ausfahren und sofort, selbsttätig wieder einfahren. Danach soll die Kolbenstange des. Zylinder ebenfalls wieder in die Ausgangslage zurückkehren. Weg-Schritt-Diagramm START S A 4 S 5= S A S S Bern /; pneu8-neu.cdr 8