P. eroser. F. Ebel. Pneumatik FESTD

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1 P. eroser. F. Ebel Pneumatik FESTD

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3 P. Croser. F. Ebel Pneumatik Grundstufe, Springer

4 FESTO DIDACTIC KG Ruiter StraBe Esslingen Die Deutsche Bibliothek - elp-einheitsaufnahme Croser,P.: Pneumatik. Grundstufe/P. Croser; F. Ebel. [Festo Didactic KG] Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Budapest; Hongkong; London; Mailand; Paris; Santa Clara; Singapur; Tokio: Springer, 1997 ISBN-13: e-isbn-13: DOl: Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Vbersetzung. des Nachdrucks, des Vortrags. der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funk-sendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen. bleiben. auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine VervielHtitigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zuliissig. Sie ist grundsiitzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeiehnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nieht zu der Annahme, dab soiche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. SoUte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.b. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewahr fur die Riehtigkeit, Vollstandigkeit oder Aktualitat iibernehmen. Es empfiehlt sieh, gegebenenfalls fur die eigenen Arbeiten die vollstandigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils giiltigen Fassung hinzuzuziehen. Einband-Entwurf: Struve & Partner, Heidelberg Satz: Digitate Druckvorlage vom Autor SPIN: / Gedruckt auf saurefreiem Papier

5 Festo Didactic Hinweise zur Konzeplion des Buches Inhaltsverzeichnis Teil A: Kurs Kapitel 1 Anwendungen in der Pneumatik Uberblick Entwicklung pneumalischer Sysleme Slruklur und SignalfluB in pneumalischen Syslemen Kapitel2 Elemente pneumatischer Systeme Drucklufterzeugung und Druckluftzufuhr Venlile Verarbeilungselemenle (Prozessoren) Arbeilselemenle Sysleme Kapitel 3 Symbole und Normen in der Pneumatik Symbole und Beschreibung der Komponenlen Sicherheilsanforderungen Kapitel4 Methoden zur Entwicklung pneumatischer Systeme Enlwicklung pneumalischer Systeme Sleuerkette Schaltplanentwurf Schaltplanerslellung Bauteilebezeichnung Lebenszyklus des pneumatischen Systems Kapitel5 Schaltungen mit einem Aktuator Direkte Zylindersteuerung Beispiel 1: Direktes Ansleuern eines einfachwirkenden Zylinders 5.3 Ubung 1: Direktes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders Indirekte Zylindersteuerung Beispiel 2: Indirektes Ansleuern eines einfachwirkenden Zylinders 5.6 Ubung 2: Indirektes Ansleuern eines doppeltwirkenden Zylinders Logische UND-/ODER-Funktionen Beispiel 3: Die UND-Funklion Ubung 3: Die UND-Funktion Beispiel 4: Die ODER-Funktion Ubung 4: Die ODER-Funktion Beispiel 5: Speicherschaltung und Geschwindigkeitssteuerung 78 eines Zylinders 5.13 Ubung 5: Speicherschaltung und Geschwindigkeitssteuerung Ubung 6: Das Schnellentliiftungsventil Beispiel 6: Druckabhangige Steuerung Ubung 7: Druckabhangige Steuerung: Pragen von Werkstiicken Beispiel 7: Das Zeil-Verzogerungsvenlil Ubung 8: Das Zeit-Verzogerungsventil

6 Festo Didactic Kapitel 6 Schaltungen mit mehreren Aktuatoren Steuerung mit mehreren Aktuatoren Beispiel 8: Koordinierte Bewegung Beispiel 9: Signaliiberschneidung Signalabschaltung mit dem Umschaltventil Beispiel 10: Umschaltventil Beispiel 11: Umschaltventile Kapitel 7 Fehlersuche in pneumatischen Systemen Dokumentation St6rungsursachen und deren Beseitigung Wartung Teil B: Grundlagen Kapitel 1 Grundbegriffe der Pneumatik 1.1 Physikalische Grundlagen Eigenschallen der Lull Kapitel 2 Drucklufterzeugung und Druckluftzufuhr Aufbereitung der Druckluft Verdichter (Kompressoren) Druckluftspeicher Lulltrockner Lullverteilung Wartungseinheit Kapitel3 Aktuatoren und Ausgabegeriite Einfachwirkender Zylinder Doppeltwirkender Zylinder Kolbenstangenloser Zylinder Zylinderaufbau Zylindereigenschallen Motoren Anzeigeinstrumente Kapitel 4 Wegeventile Bauarten /2-Wegeventil /2-Wegeventil /2-Wegeventil /3-Wegeventil /2-Wegeventil /3-Wegeventil DurchfluBwerte von Ventilen Zuverlassiger Betrieb von Venti len

7 Festo Didactic Kapitel5 Sperr-, Strom- und Druckventile, Ventilkombinationen Sperrventile Slromventile Druckventile Ventilkombinationen Kapitel 6 Systeme Auswahl und Vergleich von Arbeits- und Steuermedien Sleuerungsarten Entwicklung eines Sleuerungssystems Enlwicklungsaspekle SonderausfUhrungen und Baugruppen Teil C: Losungen Losungen Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis

8 Festa Didactic Hinweise zur Konzeption des Buches Der vorliegende Band ist Bestandteil des Lernsystems Automatisierung und Kommunikation der Firma Festo Didactic KG. Das Buch unterstutzt den Unterricht in Seminaren und ist geeignet fur ein Selbststudium. Das Buch ist gegliedert in : einen Kursteil A, einen Grundlagenteil B, einen L6sungsteil C. Teil A Kurs Der Kurs gibt die notwendigen Informationen zurn Therna anhand von Beispielen und Ubungen. Er so lite schrittweise durchgearbeitet werden. Weiterfuhrende Inhalte sind durch Verweise auf den Grundlagenteil gekennzeichnet. Teil B Grundlagen Dieser Teil entmlt vertiefende Informationen. Hier findet der Leser die Themen sachlogisch geordnet. Man kann diesen Teil kapitelweise durcharbeiten oder zum Nachschlagen benutzen. Teil C Losungen Die L6sungen zu den Aufgaben des Kursteils sind in diesem Teil zusammengestellt. Am SchluB des Buches befindet sich ein ausfuhrliches Stichwortverzeichnis. Die Konzeption unterstutzt die Ausbildung in Schlusselqualifikationen in den neugeordneten Metall- und Elektroberufen. Besonderer Wert ist auf die M6glichkeit der selbstandigen Erarbeitung des Themas im Kursteil gelegt. Das Buch kann in ein bestehendes Leittextsystem eingegliedert werden. 8

9 Festo Didactic Teil A Kurs 9

10 10 Festo Didactic

11 Anwendungen In der Pneumatlk Festo Didactic Kapitel1 Anwendungenin der Pneumatik P. Croser et al., Pneumatik Springer-Verlag Berlin Heidelberg

12 Anwendungen I n der Pneumatlk Festo Didactic 1.1 Uberblick Die Pneumatik als Technologie spielt bereits seit langem eine wichtige Rolle bei der Verrichtung mechanischer Arbeit. In jongster Zeit wird sie auch bei der Entwicklung von Automatisierungsl6sungen zunehmend eingesetzt. Die Pneumatik kommt dabei for die AusfOhrung der folgenden Funktionen zum Einsatz: Erfassen von Zustanden durch Eingabeelemente (Sensoren) Informationsverarbeitung mit Verarbeitungselementen (Prozessoren) Schalten von Arbeitselementen durch Stelle Ie mente Verrichten von Arbeit mit Arbeitselementen (Aktuatoren) Zur Steuerung von Maschinen und Anlagen ist der Aufbau einer meist komple xen logischen Verkellung von Zustanden und Schaltbedingungen notwendig. Dies geschieht durch das Zusammenwirken von Sensoren, Prozessoren, Stellelementen und Aktuatoren in pneumatischen oder teilpneumatischen Systemen. Der technologische Fortschrill bei Material, Konstruktions- und Produktionsverfahren hat die Qualitat und Vielfalt der pneumatischen Bauelemente zusatzlich verbessert und somit zu einem verbreiteten Einsatz in der Automatisierungstechnik beigetragen. Der Pneumatikzylinder kommt nicht zuletzt deshalb haufig als linearer Antrieb zum Einsatz, weil er relativ preisgonstig, leicht zu installieren, von einfacher und robuster Bauweise und in den verschiedendsten Gr6Ben erhaltlich ist. Die folgende Liste gibt einen allgemeinen Uberblick Ober charakteristische Kenndaten von Pneumatikzylindern: Durchmesser Hublange Kraft Kolbengeschwindigkeit 2,5 bis 320 mm 1 bis 2000 mm 2 bis N bei 6 bar 0,1 bis 1,5 m/s 12

13 Anwendungen In der Pneumatlk Festo Didactic Bild 1. 1: Einfachwirkende Zylinder Foigende Bewegungsarten sind mit pneumatischen Arbeitselementen realisierbar: Geradlinige Bewegung (Linearbewegung) Schwenkbewegung Drehbewegung (Rotation) Einige Anwendungsgebiete, in denen Pneumatik eingesetzt wird, sind nachlolgend aulgeluhrt: allgemein in der Handhabungstechnik: Spannen von Werkstlicken Verschieben von Werkstlicken Positionieren von Werkstlicken Orientieren von Werkstlicken Verzweigen eines MaterialfluBes allgemeiner Einsatz in verschiedenen Fachgebieten Verpacken BelOlien Dosieren Verriegeln Antrieb von Achsen Ollnen, Schlie Ben von TOren Materialtransport Drehen von WerkstUcken Vereinzeln von WerkstUcken Stapeln von Werkstlicken Pragen und Pressen von WerkstUcken 13

14 Anwendungen In der Pneumatlk Festo Didactic Bild 1.2: Weichenschaltung fur zwei TransportMnder Bild 1.3: Pneuma tisch betiitigtes Rollenmesser Die Pneumatik wird in folgenden Bearbeitungstechnologien angewandt: Bohren Drehen Frasen Sagen Feinbearbeiten (Finish) Umformen Prufen 14

15 Anwendungen In der Pneumatlk Festo D idactic Merkmale und Vorteile der Pneumatik: Menge Transport Speicherfahigkeit Temperatur Sicherheit Sauberkeit Aufbau Geschwindigkeit Oberlastsicherung Tabelle 1.1: Luft ist praktisch iiberall in unbegrenzter Menge verfiigbar. Luft kann sehr einfach in Rohrleitungen iiber weite Strecken transportiert werden. Druckluft kann in einem Druckbehalter gespeichert und von dort entnommen werden. Der Druckbehiilter (Flasche) kann zusatzlich noch transportabel sein. Druckluft ist nahezu unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Dies garantiert einen zuverlassigen Betrieb selbst unter extremen Bedingungen. Druckluft bietet kein Risiko in Bezug auf Feuer- oder Explosionsgefahr. Nichtgeelte entweichende Druckluft verursacht keine Umweltverschmutzung. Die Arbeitselemente sind einfach in ihrem Aufbau und daher preiswert. Druckluft ist ein schnelles Arbeitsmedium. Es kennen hohe Kolbengeschwindigkeiten und kurze Schaltzeiten erzielt werden. Pneumatische Werkzeuge und Arbeitselemente kennen bis zum Stillstand belastet werden und sind somit iiberlastsicher. Merkmale und Vorteile der Pneumatik 15

16 Anwendungen In der Pneumatlk Festo Didactic Um die Anwendungsgebiete der Pneumatik genau beurteilen zu k6nnen, mub man allerdings auch deren Nachteile kennen: Aufbereitung Verdichtung Kraft Abluft Tabelle 1.2: Druckluft mub aufbereitet werden, da sonst die Gefahr erh6hten VerschleiBes der Pneumatik-Komponenten durch Schmutzpartikel und Kondenswasser besteht. Mit Druckluft ist es nicht m6glich, gleichmabige und konstante Kolbengeschwindigkeiten zu erzielen. _.-._ Druckluft ist nur bis zu einem bestimmten Kraftbedarf wirtschaftlich. Bei dem normalerweise verwendeten Betriebsdruck von 600 bis 700 kpa (6 bis 7 bar) und in Abhangigkeit von Hub und Geschwindigkeit liegt diese Grenze zwischen und N. Das Entweichen der Luft ist mit hoher l Gerauschentwicklung verbunden. Dieses Problem kann aber weitgehend durch schallabsorbierende Materialien und Schalldampfer gel6st werden. Nachteiie der Pneumatik I I i Der Vergleich mit anderen Energieformen ist eine wichtige Voraussetzung fur den Einsatz der Pneumatik als Steuer- oder Arbeitsmedium. Diese Beurteilung umfabt das Gesamtsystem, angefangen von den Eingangssignalen (Sensoren), uber den Steuerteil (Prozessor), bis hin zu den Stellelementen und Aktuatoren. Zusatzlich mussen noch folgende Faktoren betrachtet werden: bevorzugte Steuermedien vorhandene Ausrustung vorhandenes Fachwissen bereits vorhandene Systeme 16

17 Anwendungen In der Pneumatlk Festo Didactic Arbeitsmedien sind: Kriterien fur Arbeitsmedien elektrischer Strom (Elektrik) Flussigkeiten (Hydraulik) Druckluft (Pneumatik) Kombination obiger Medien Auswahlkriterien und Systemeigenschaften, die beim Einsatz der Arbeitsmedien zu berucksichtigen sind: Kraft Hub Bewegungsart (linear, schwenkend, rotierend) Geschwindigkeit Lebensdauer Sicherheit und Zuverliissigkeit Energiekosten Bedienbarkeit Speicherfiihigkeit Steuermedien sind: Kriterien fur Steuermedien mechanische Verbindungen (Mechanik) elektrischer Strom (Elektrik, Elektronik) Flussigkeiten (Hydraulik) Druckluft (Pneumatik, Niederdruck-Pneumatik) Auswahlkriterien und Systemeigenschaften, die beim Einsatz der Steuermedien zu berucksichtigen sind: Zuverliissigkeit der Bauteile Empfindlichkeit gegenuber UmwelteinfluBen Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit Schaltzeit der Bauteile Signalgeschwindigkeit Platzbedarf Lebensdauer Veriinderbarkeit des Systems Schulungsaufwand 17

18 Anwendungen In der Pneumatlk Festo Didactic 1.2 Entwicklung pneumatischer Steuerungssysteme In der Pneumatik gibt es folgende Produktgruppen: Aktuatoren Sensoren und Eingabegerate Prozessoren Zubehorteile komplette Steuerungssysteme Bei der Entwicklung pneumatischer Steuerungssysteme mussen folgende Gesichtspunkte beachtet werden: Zuverlassigkeit Wartungsfreundlichkeit Ersatzteilkosten Montage und Anschluf3 Instandhaltungskosten Austauschbarkeit und Anpassungsfahigkeit Kompakte Bauweise Wirtschaftlichkeit Dokumentation 1.3 Struktur und SignalfluB in pneumatischen Systemen Pneumatische Systeme bestehen aus einer Verkettung verschiedener Elementgruppen. SignalfluB geratemabige Aufgliederung " _..... _._ ' Bild 1.4: SignalfluB ----_

19 Anwendungen In der Pneumatlk Festo D idactic Diese Elementgruppen bilden einen Steuerweg fur den SignalfluB, ausgehend von der Signalseite (Eingang) bis hin zur Arbeitsseite (Ausgang). Stellelemente steuern die Arbeitselemente entsprechend den von den Verarbeitungselementen empfangenen Signalen. Die Elementgruppen einer pneumatischen Steuerung sind: Energieversorgung Eingabeelemente (Sensoren) Verarbeitungselemente (Prozessoren) Stellelemente und Arbeitselemente (Aktuatoren) Die Elemente eines Systems werden durch Schaltzeichen dargestellt, die AufschluB Qber die Funktion eines Elementes im Schaltplan geben. Iii : ~ Bild 1.5: Pneumatische Steuerung 19

20 Anwendungen In der Pneumatlk Festo Didactic Das Wegeventil kann als Eingabe, Verarbeilungs oder als Slellelemenl ver wendel werden. Ais Unlerscheidungsmerkmal for die Zuordnung der einzelnen Bauleile zur jeweiligen Elementgruppe gilt die Anordnung in einem pneumati schen System. 1.0 Arbeitselemente Stellelement Verarbeitungselement Eingabeelemente Drucklufterzeugung Verteilung/Wartung Bild 1.6: Pneumatischer Schaltplan (Systemschaltplan) 20