P. eroser. F. Ebel. Pneumatik FESTD

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1 P. eroser. F. Ebel Pneumatik FESTD

2 Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

3 P. Croser. F. Ehel Pneumatik Grundstufe Zweite Auflage, korrigierter Nachdruck Springer

4 Festo Didactic GmbH & Co Rechbergstraße Denkendorf Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. ISBN ISBN (ebook) DOI / Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung 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 zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997, 1999 and 2003 Originally published by Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York in 2003 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte 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 Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Einband-Entwurf: Struve & Partner, Heidelberg Satz: Digitale Druckvorlage der Autoren Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: /3020Rw

5 3 Inhalt Hinweise zur Konzeption des Buches... 8 Teil A: Kurs Kapitel1 Anwendungen in der Pneumatik Oberblick Entwicklung pneumatischer Systeme Struktur und Signalfluss in pneumatischen Systemen Kapitel2 Elemente pneumatischer Systeme Drucklufterzeugung und Druckluftzufuhr Ventile Verarbeitungselemente (Prozessoren) Arbeitselemente Systeme Kapitel 3 Symbole und Normen in der Pneumatik Symbole und Beschreibung der Komponenten Sicherheitsanforderungen Kapitel4 Methoden zur Entwicklung pneumatischer Systeme Entwicklung pneumatischer Systeme Steuerkette Schaltplanentwurf Schaltplanerstellung Bauteilebezeichnung Lebenszyklus der pneumatischen Systeme Festa Didactic. TP101

6 4 Inhalt Kapitel 5 Schaltungen mit einem Aktor Direkte Zylindersteuerung Beispiel 1: Direktes Ansteuern eines einfachwirkenden Zylinders Obung 1: Direktes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders Indirekte Zylindersteuerung Beispiel 2: Indirektes Ansteuern eines einfachwirkenden Zylinders Obung 2: Indirektes Ansteuern eines doppeltwirkenden Zylinders Logische UND-/ODER-Funktionen Beispiel 3: Die UND-Funktion Obung 3: Die UND-Funktion Beispiel 4: Die ODER-Funktion Obung 4: Die ODER-Funktion Beispiel 5: Speicherschaltung und Geschwindigkeitssteuerung eines Zylinders Obung 5: Speicherschaltung und Geschwindigkeitssteuerung Obung 6: Das SchnelientIOftungsventil Beispiel 6: Druckabhangige Steuerung Obung 7: Druckabhangige Steuerung: Pragen von Werkstocken Beispiel 7: Das Zeitverzogerungsventil Obung 8: Das Zeitverzogerungsventil TP101 Festa Didactic

7 5 Inhalt Kapitel6 Schaltungen mit mehreren Aktoren Steuerung mit mehreren Aktoren Beispiel 8: Koordinierte Bewegung Beispiel 9: SignaIOberschneidung Signalabschaltung mit dem Umschaltventil Beispiel 10: Umschaltventil Beispiel 11: Umschaltventile Kapitel7 Fehlersuche in pneumatischen Systemen Dokumentation StDrungsursachen und deren Beseitigung Wartung Teil B: Grundlagen Kapitel1 Grundbegriffe der Pneumatik Physikalische Grundlagen Eigenschaften der Luft Kapitel 2 Drucklufterzeugung und Druckluftzufuhr Aufbereitung der Druckluft Verdichter (Kompressoren) Druckluftspeicher Lufttrockner Luftverteilung Wartungseinheit Festa Didactic. TP101

8 6 Inhalt Kapitel3 Aktoren und Ausgabegerate Einfachwirkender Zylinder Doppeltwirkender Zylinder Kolbenstangenloser Zylinder Zylinderaufbau Zylindereigenschaften Motoren Anzeigeinstrumente Kapitel 4 Wegeventile Bauarten /2-Wegeventil /2-Wegeventil /2-Wegeventil /3-Wegeventil /2-Wegeventil /3-Wegeventil Durchflusswerte von Venti len Zuverlassiger Betrieb von Ventilen Kapitel 5 Sperr-, Strom- und Druckventile, Ventilkombinationen Sperrventile Stromventile Druckventile Ventilkombinationen TP101 Festa Didactic

9 7 Inhalt Kapitel 6 Systeme Auswahl und Vergleich von Arbeits- und Steuermedien Steuerungsarten Entwicklung eines Steuerungssystems Entwicklungsaspekte Moderne Pneumatische Antriebe Teil C: Losungen Lasungen Normen und Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis Physikalische GraBen und Einheiten Festa Didactic. TP101

10 8 Inhalt Hinweise zur Konzeption des Buches Der vorliegende Band ist Bestandteil des Lernsystems Automatisierung und Technik der Firma Festo Didactic GmbH & Co. Das Buch unterstotzt den Unterricht in Seminaren und ist geeignet fur ein Selbststudium. Das Buch ist gegliedert in : einen Kursteil A, einen Grundlagenteil B, einen L6sungsteil C. leil A Kurs Der Kurs gibt die notwendigen Informationen zum Thema anhand von Beispielen und Obungen. Er sollte schrittweise durchgearbeitet werden. WeiterfOhrende Inhalte sind durch Verweise auf den Grundlagenteil gekennzeichnet. leil B Grundlagen Dieser Teil enthalt vertiefende Informationen. Hier findet der Leser die Themen sachlogisch geordnet. Man kann diesen Teil Kapitelweise durcharbeiten oder zum Nachschlagen benutzen. leil C Losungen Die L6sungen zu den Aufgaben des Kursteils sind in diesem Teil zusammengestellt. Am Schluss des Buches befindet sich ein ausfuhrliches Stichwortverzeichnis. Die Konzeption unterstotzt die Ausbildung in SchlOsselqualifikationen 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. TP101 Festa Didactic

11 9 TeilA Teil A Kurs Festa Didactic. TP101

12 10 TeilA TP101 Festa Didactic

13 11 Kapite/ A-1 Kapitel 1 Anwendungen in der Pneumatik Festa Didactic. TP101 P. Croser et al., Pneumatik Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003

14 12 KapiteJ A Uberblick Die Pneumatik als Technologie spielt bereits seit langem eine wichtige Rolle bei der Verrichtung mechanischer Arbeit. Sie wird bei der Entwicklung von Automatisierungslosungen 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 Stellelemente Verrichten von Arbeit mit Arbeitselementen (Aktoren) Zur Steuerung von Maschinen und Anlagen ist der Aufbau einer meist komplexen logischen Verkettung von Zustanden und Schaltbedingungen notwendig. Dies geschieht durch das Zusammenwirken von Sensoren, Prozessoren, Stellelementen und Aktoren in pneumatischen oder teilpneumatischen Systemen. Der technologische Fortschritt 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 preisgunstig, leicht zu installieren, von einfacher und robuster Bauweise und in den verschiedensten Grol1en erhaltlich ist. Die folgende Liste gibt einen allgemeinen Oberblick uber charakteristische Kenndaten von Pneumatikzylindern: Durchmesser 2,5 bis 320 mm Hublange Kraft Kolbengeschwindigkeit 1 bis 2000 mm 2 bis N bei 6 bar 0,1 bis 1,5 m/s TP101 Festa Didactic

15 13 Kapite/ A-1 Bild 1.1: Einfachwirkender Zylinder Foigende Bewegungsarten sind mit pneumatischen Arbeitselementen realisierbar: Geradlinige Bewegung (Linearbewegung) Schwenkbewegung Drehbewegung (Rotation) Einige Anwendungsgebiete, in denen Pneumatik eingesetzt wird, sind nachfolgend aufgefohrt: aligemein in der Handhabungstechnik: - Spannen von Werkstocken - Verschieben von Werkstocken - Positionieren von Werkstocken - Orientieren von Werkstocken - Verzweigen eines Materialflusses aligemeiner Einsatz in verschiedenen Fachgebieten - Verpacken - BefOlien - Dosieren - Verriegeln - Antrieb von Achsen - Offnen, Schlief1en von TOren - Materialtransport - Drehen von Werkstocken - Vereinzeln von Werkstocken - Stapeln von Werkstocken - Pragen und Pressen von Werkstocken Festa Didactic. TP101

16 14 KapiteJ A-1 Bild 1.2: Weichenschaltung for zwei Transportbander Bild 1.3: Pneumatisch betatigtes Rollenmesser Die Pneumatik wird in folgenden Bearbeitungstechnologien angewandt: Bohren Drehen Frasen Sagen Feinbearbeiten (Finish) Umformen PrOfen TP101 Festa Didactic

17 15 Kapite/ A-1 Merkmale und Vorteile der Pneumatik: Menge Transport Speicherfahigkeit Temperatur Sicherheit Sauberkeit Aufbau Geschwindigkeit Uberlastsicherung Luft ist praktisch uberall in unbegrenzter Menge verfugbar. Luft kann sehr einfach in Rohrleitungen uber weite Strecken transportiert werden. Druckluft kann in einem Druckbehalter gespeichert und von dort entnommen werden. Der Druckbehalter (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. Nichtgeblte entweichende Druckluft verursacht keine Umweltverschmutzung. Die Arbeitselemente sind einfach in ihrem Aufbau und daher preiswert. Druckluft ist ein schnelles Arbeitsmedium. Es kbnnen hohe Kolbengeschwindigkeiten und kurze Schaltzeiten erzielt werden. Pneumatische Werkzeuge und Arbeitselemente kbnnen bis zum Stillstand belastet werden und sind somit uberlastsicher. Tabelle 1.1: Merkmale und Vorteile der Pneumatik Festa Didactic. TP101

18 16 KapiteJ A-1 Um die Anwendungsgebiete der Pneumatik genau beurteilen zu konnen, muss man allerdings auch deren Nachteile kennen: Tabelle 1.2: Nachteile der Pneumatik Aufbereitung Verdichtung Kraft Abluft Druckluft muss aufbereitet werden, da sonst die Gefahr erhbhten Verschlei~es der Pneumatikkomponenten durch Schmutzpartikel und Kondenswasser besteht. Mit Druckluft ist es nicht mbglich, gleichma~ige 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 Gerauschentwicklung verbunden. Dieses Problem kann aber weitgehend durch schallabsorbierende Materialien und Schalldampfer gelbst werden. Der Vergleich mit anderen Energieformen ist eine wichtige Voraussetzung for den Einsatz der Pneumatik als Steuer- oder Arbeitsmedium. Diese Beurteilung umfasst das Gesamtsystem, angefangen von den Eingangssignalen (Sensoren), uber den Steuerteil (Prozessor), bis hin zu den Stellelementen und Aktoren. Zusatzlich mussen noch folgende Faktoren betrachtet werden: bevorzugte Steuermedien vorhandene Ausrustung vorhandenes Fachwissen bereits vorhandene Systeme TP101 Festa Didactic

19 17 Kapite/ A-1 Arbeitsmedien sind: elektrischer Strom (Elektrik) FIOssigkeiten (Hydraulik) Druckluft (Pneumatik) Kombination obiger Medien Kriterien for Arbeitsmedien Auswahlkriterien und Systemeigenschaften, die beim Einsatz der Arbeitsmedien zu berocksichtigen sind: Kraft Hub Bewegungsart (linear, schwenkend, rotierend) Geschwindigkeit Lebensdauer Sicherheit und Zuverlassigkeit Energiekosten Bedienbarkeit Speicherfahigkeit Steuermedien sind: mechanische Verbindungen (Mechanik) elektrischer Strom (Elektrik, Elektronik) FIOssigkeiten (Hydraulik) Druckluft (Pneumatik, Niederdruck-Pneumatik) Kriterien for Steuermedien Auswahlkriterien und Systemeigenschaften, die beim Einsatz der Steuermedien zu berocksichtigen sind: Zuverlassigkeit der Bauteile Empfindlichkeit gegenober UmwelteinflOssen Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit Schaltzeit der Bauteile Signalgeschwindigkeit Platzbedarf Lebensdauer Veranderbarkeit des Systems Schulungsaufwand Festa Didactic. TP101

20 18 KapiteJ A Entwicklung pneumatischer Steuerungssysteme In der Pneumatik gibt es folgende Produktgruppen: Aktoren Sensoren und Eingabegerate Prozessoren Zubeh6rteile komplette Steuerungssysteme Bei der Entwicklung pneumatischer Steuerungssysteme mossen folgende Gesichtspunkte beachtet werden: Zuverlassigkeit Wartungsfreundlichkeit Ersatzteilkosten Montage und Anschluss Instandhaltungskosten Austauschbarkeit und Anpassungsfahigkeit Kompakte Bauweise Wirtschaftlichkeit Dokumentation TP101 Festa Didactic