Grundlagen der Pneumatik

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1 Grundlagen der Pneumatik gdpn01q01 1

2 Impressum An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt Herausgeber: IHK für Oberfranken Bahnhofstr Bayreuth Inhaltliche Konzeption: ets GmbH, Halblech ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth Produktion/ Umsetzung: ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth Redaktionelle Betreuung: Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh Claudia Hohdorf, ets Halblech Rechte: Copyright ets GmbH, Halblech. Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk und Fernsehen sind vorbehalten. Text, Abbildungen und Programme wurden mit größter Sorgfalt erarbeitet. Herausgeber, Programmierer und Autoren können jedoch für eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Namensschutz: Die meisten in dieser Einheit erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen sind auch eingetragene Marken und unterliegen als solche den gesetzlichen Bestimmungen. Microsoft, Windows und andere Namen von Produkten der Firma Microsoft, die in dieser Qualifizierungseinheit erwähnt werden, sind eingetragene Warenzeichen der Microsoft Corporation. Inhaltliche Verantwortung: Diese Qualifizierungseinheit enthält Verweise (sogenannte Hyperlinks) auf Seiten im World Wide Web. Wir möchten darauf hin weisen, dass wir keinen Einfluss auf die Gestaltung sowie die Inhalte der gelinkten Seiten haben. Deshalb distanzieren wir uns hiermit ausdrücklich von allen Inhalten der Seiten, auf die aus unserem Lerninhalt verwiesen wird. Diese Erklärung gilt für alle in diesem Lerninhalt augebrachten Links und für alle Inhalte der Seiten, zu denen Links oder Banner führen. gdpn01q01 2

3 Impressum... 2 Firmenvorstellung... 4 Leitfragen Kapitelübersicht Bauteile der Pneumatik Die pneumatische Presse Energieübertragung Wegeventile Bezeichnung von Wegeventilen Übung 1: Wegeventile Anschlussbezeichnungen von Wegeventilen Betätigungsarten von Wegeventilen Übung 2: Wegeventile Übung 3: Wegeventile Sperrventile Übung: Sperrventile Stromventile Kapitelübersicht Vergleich von Schalt- und Lageplan Lageplan Schaltplan Darstellung einer indirekten Steuerung Übung: Indirekte Steuerung Darstellung einer direkten Steuerung Kennzeichnung der Bauglieder Trainingsaufgabe Trainingsaufgabe Bearbeitung der Fallstudien Bearbeitung der Fallstudie Bearbeitung der Fallstudie Bearbeitung der Fallstudie gdpn01q01 3

4 Einführung Firmenvorstellung Firmenchronik: Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik. Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für die Blechumformung befasste. Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebspartnern reagiert. Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele metallverarbeitende Branchen Automatisierungsmöglichkeiten konstruieren und umsetzen. Produktgeschichte: Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90er Jahren zu einer mittelständischen Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jetzigen Namen führte. Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine große Anzahl neuer Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsmaschinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung. gdpn01q01 4

5 Fallstudie In der nächsten Woche wird für die Produktion einer Kleinserie eine Presse benötigt. Der Ausbilder, Franz Huber bespricht dies mit seinem Auszubildenden. Franz Huber: Nächste Woche müssen wir eine Presse mit pneumatischer Steuerung präsentieren. Bernd Wolf: Wie soll das gehen? Eine komplette Steuerung bauen? Franz Huber: Nur die Ruhe. Die Steuerung der Presse liegt bereits vollständig demontiert vor. Wir müssen diese nur nach Schaltplan montieren. Bernd Wolf: Ah so...na, dann mal ran ans Werk. gdpn01q01 5

6 Einführung Leitfragen Im Laufe der weiteren Bearbeitung sollten Sie mehrmals auf Ihre Notizen zurückgreifen und die Antworten ergänzen. Bitte verwenden Sie daher einfach ein Blatt Papier für Ihre Antworten. Wenn Sie das vorbereitete Antwortdokument nutzen, speichern Sie es an einem Ort ab, zu dem Sie jederzeit Zugang haben. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts. gdpn01q01 6

7 1 Bauteile der Pneumatik 1.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Was sind Ventile? Wie ist eine pneumatische Presse aufgebaut? Themen: 1.1 Bauteile der Pneumatik 1.2 Die pneumatische Presse 1.3 Energieübertragung Betätigungsarten von Wegeventilen Übung 2: Wegeventile Übung 3: Wegeventile Wegeventile Sperrventile Bezeichnung von Wegeventilen Übung: Sperrventile Übung 1: Wegeventile 1.7 Stromventile Anschlussbezeichnungen von Wegeventilen gdpn01q01 7

8 1 Bauteile der Pneumatik 1.1 Bauteile der Pneumatik Pneumatik was ist das eigentlich? Pneumatik (Drucklufttechnik), ist die technische Anwendung der Druckluft. Anwendungsbereiche der Pneumatik sind: Linearantriebe (Zylinder) zum Spannen, Auswerfen und Verschieben von Teilen Druckluftmotoren zum Bohren, Schleifen und Schrauben Düsen zum Ausblasen und Trocknen von Teilen Beschichten von Oberflächen durch Spritzen. gdpn01q01 8

9 1 Bauteile der Pneumatik 1.2 Die pneumatische Presse gdpn01q01 9

10 1 Bauteile der Pneumatik 1.3 Energieübertragung Druckluftaufbereitung (Energieübertragung) Diese besteht aus einem Filter mit Wasserabscheider, einem Druckbegrenzungsventil und einem Druckmessgerät (Manometer). Anstelle des Wasserabscheiders werden oft Lufttrockner oder Druckluftöler eingesetzt. Druckluftaufbereitung (Energieübertragung) Diese besteht aus einem Filter mit Wasserabscheider, einem Druckbegrenzungsventil und einem Druckmessgerät (Manometer). Anstelle des Wasserabscheiders werden oft Lufttrockner oder Druckluftöler eingesetzt. Aufgaben der Wartungseinheit: Reinigen der Druckluft Erzeugen eines konstanten und einstellbaren Arbeitsdruckes Bauteile vor Feuchtigkeit und Korrosion schützen Filter mit Wasserabscheider Druckbegrenzungsventil Druckmessgerät (Manometer) gdpn01q01 10

11 1 Bauteile der Pneumatik Wegeventile Wegeventile beeinflussen den Weg der Druckluft. Jede Schaltstellung entspricht einem Quadrat! Beispiel: Die Anschlüsse des Ventils werden an einer Schaltstellung gezeichnet! Durch Verschieben der Quadrate wird ein Ventil geschaltet! Schaltstellung a Schaltstellung b Der Weg der Druckluft wird als Pfeil oder Sperrung dargestellt! Weg der Druckluft Sperrung gdpn01q01 11

12 1 Bauteile der Pneumatik Bezeichnung von Wegeventilen Wegeventile werden nach Anzahl der Anschlüsse und Schaltstellungen bezeichnet! 2/2-Wegeventil (gesprochen: zwei Strich zwei Wegeventil) Merke: Erste Ziffer: Anzahl der Anschlüsse Zweite Ziffer: Anzahl der Schaltstellungen gdpn01q01 12

13 1 Bauteile der Pneumatik Übung 1: Wegeventile gdpn01q01 13

14 1 Bauteile der Pneumatik Anschlussbezeichnungen von Wegeventilen Art Aktuelle Norm (DIN ISO 1219) Alte Norm Druckluftanschluss 1 P Arbeitsanschlüsse 2, 4, 6 A, B, C Entlüftung 3, 5, 7 R, S, T Steueranschlüsse 10, 11, 12, 14 X, Y, Z gdpn01q01 14

15 1 Bauteile der Pneumatik Betätigungsarten von Wegeventilen Die Betätigung der Ventile kann durch Druckluft, Muskelkraft oder mechanisch erfolgen. 1 = allgemein Muskelkraft mit Raste und Federrückstellung 2 = allgemein Muskelkraft und Federrückstellung 3 = mechanisch durch Tastrolle und Federrückstellung 4 = mechanisch Tastrolle mit Leerrücklauf (Betätigung nur in einer Richtung) mit Federrückstellung 5 = Betätigung durch Druckluft gdpn01q01 15

16 1 Bauteile der Pneumatik Übung 2: Wegeventile gdpn01q01 16

17 1 Bauteile der Pneumatik Übung 3: Wegeventile gdpn01q01 17

18 1 Bauteile der Pneumatik Sperrventile Sperrventile sperren den Weg der Druckluft in einer Richtung und geben dafür einen anderen Weg frei. Rückschlagventil Rückschlagventile verhindern einen plötzlichen Druckabfall und dienen als Sicherheitsventil. Zweidruckventil Das Zweidruckventil besitzt zwei Druckluftanschlüsse und einen Arbeitsanschluss. Liegt an den beiden Druckluftanschlüssen gleichzeitig ein Druck an, so erfolgt Durchfluss zum Arbeitsanschluss. Steht nur an einem Zuluftanschluss (1) Druck an, ist der Durchfluss gesperrt. Zweidruckventile werden auch als UND Ventile bezeichnet. Wechselventil Das Wechselventil besitzt ebenfalls zwei Druckluftanschlüsse und einen Arbeitsanschluss. Druckluft strömt zum Arbeitsanschluss, wenn an einem der beiden Zuluftanschlüsse (1) Druck anliegt. Wechselventile werden daher auch als ODER Ventile bezeichnet. gdpn01q01 18

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20 1 Bauteile der Pneumatik Übung: Sperrventile Aufgabenstellung: Ein doppeltwirkender Zylinder darf nur dann ausfahren, wenn gleichzeitig zwei Starthebel gedrückt werden oder das Ventil für Automatikbetrieb gedrückt ist und der Zylinder eingefahren ist. Nach Erreichen der hinteren Endlage und Drücken eines Tasters soll der Zylinder einfahren. Vervollständigen Sie die vorliegende Schaltung mit den entsprechenden Sperrventilen. Starten Sie anschließend die Schaltung durch Drücken der entsprechenden Startvorrichtung. gdpn01q01 20

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22 1 Bauteile der Pneumatik 1.7 Stromventile Stromventile dienen zur Geschwindigkeitssteuerung durch Verändern der Querschnittsöffnung. Als Stromventile eignen sich Drosselrückschlagventile, die den Durchfluss in eine Richtung drosseln. In Gegenrichtung erfolgt der Durchfluss ungedrosselt. Gedrosselter Durchfluss Ungedrosselter Durchfluss Bei Geschwindigkeitssteuerungen unterscheidet man zwischen Zuluftdrosselung d.h. Steuerung Luft, die in einen Zylinder strömt. Anwendung: einfachwirkende Zylinder Abluftdrosselung d.h. Steuerung der Luft, die aus einem Zylinder strömt. Anwendung: doppeltwirkende Zylinder gdpn01q01 22

23 2 Aufbau eines Schaltplans 2.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Wodurch unterscheiden sich Schalt- und Lageplan? Was ist eine direkte Steuerung? Themen: 2.1 Vergleich von Schalt- und Lageplan 2.2 Lageplan Schaltplan Darstellung einer indirekten Steuerung Übungsaufgabe: Indirekte Steuerung Darstellung einer direkten Steuerung Kennzeichnung der Bauglieder gdpn01q01 23

24 2 Aufbau eines Schaltplans 2.1 Vergleich von Schalt- und Lageplan Schaltplan Lageplan gdpn01q01 24

25 2 Aufbau eines Schaltplans 2.2 Lageplan Im Lageplan wird die räumliche Anordnung einer Vorrichtung oder Maschine dargestellt. Schaltplan Lageplan Merke: Der Lageplan erfasst die reale räumliche Anordnung der Anlage. gdpn01q01 25

26 2 Aufbau eines Schaltplans Schaltplan Für die Darstellung einer pneumatischen Steuerung wird ein Schaltplan benötigt. gdpn01q01 26

27 2 Aufbau eines Schaltplans Darstellung einer indirekten Steuerung gdpn01q01 27

28 2 Aufbau eines Schaltplans Übung: Indirekte Steuerung Aufgabenstellung: Ein doppeltwirkender Zylinder darf nur dann Ausfahren wenn auf Start gedrückt wird oder das Ventil für Automatikbetrieb gedrückt ist und der Zylinder eingefahren ist. Nach Erreichen der hinteren Endlage und drücken eines Tasters soll der Zylinder einfahren. Vervollständigen Sie die vorliegende Schaltung mit den entsprechenden Sperrventilen. Starten Sie anschließend die Schaltung durch Drücken der entsprechenden Startvorrichtung. gdpn01q01 28

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30 2 Aufbau eines Schaltplans Darstellung einer direkten Steuerung Wird ein Ventil als Signal- und Stellglied verwendet, spricht man von einer direkten Steuerung. Antriebsglied Signalglied = Stellglied Direkte Steuerung eines einfachwirkenden Zylinders Direkte Steuerung eines doppeltwirkenden Zylinders Direkte Steuerungen haben in der Praxis eine geringe Bedeutung. gdpn01q01 30

31 2 Aufbau eines Schaltplans Kennzeichnung der Bauglieder Jedes Bauglied im Schaltplan erhält eine Kennzeichnung vgl. DIN ISO Die Kennbuchstaben der Bauteile sind in der Tabelle aufgeführt: Kennbuchstabe Bauteilart Beispiele P Pumpen Kolbenkompressor A Antriebe Lineareinheit, Zylinder M Antriebsmotoren Elektromotor S Signalaufnehmer STOPP-, START-Taster V Ventil Stellglied (4/2-Wegeventil) und Ventil Z Andere Bauteile Wartungseinheit gdpn01q01 31

32 Trainingsaufgaben Trainingsaufgabe 1 Bitte verwenden Sie die vorbereitete Antwortdatei für Ihren Lösungsvorschlag. Sie finden die Antwortdatei in den Anlagen am Ende des Skripts. gdpn01q01 32

33 Trainingsaufgaben Trainingsaufgabe 2 Bitte verwenden Sie die vorbereitete Antwortdatei für Ihren Lösungsvorschlag. Sie finden die Antwortdatei in den Anlagen am Ende des Skripts. gdpn01q01 33

34 Fallstudie In der nächsten Woche wird für die Produktion einer Kleinserie eine Presse benötigt. Der Ausbilder, Franz Huber bespricht dies mit seinem Auszubildenden. Franz Huber: Nächste Woche müssen wir eine Presse mit pneumatischer Steuerung präsentieren. Bernd Wolf: Wie soll das gehen? Eine komplette Steuerung bauen? Franz Huber: Nur die Ruhe. Die Steuerung der Presse liegt bereits vollständig demontiert vor. Wir müssen diese nur nach Schaltplan montieren. Bernd Wolf: Ah so...na, dann mal ran ans Werk. gdpn01q01 34

35 Bearbeitung der Fallstudien Abschluss Lerneinheit Bitte bearbeiten Sie zur Fallstudie folgende Aufgabe: Ausgangssituation: In der nächsten Woche wird für die Produktion einer Kleinserie eine Presse benötigt. Die pneumatische Steuerung der Presse ist jedoch vollständig demontiert. Aufgabe: Bauen Sie die pneumatische Steuerung nach dem vorliegenden Schaltplan auf und überprüfen Sie die Funktion der Presse. Die Aufgaben finden Sie unter: Bearbeitung der Fallstudie 1, Bearbeitung der Fallstudie 2, Bearbeitung der Fallstudie 3. gdpn01q01 35

36 Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie 1 Setzten Sie den Ablauf in die richtige Reihenfolge! Presszylinder fährt aus Ventil 2V1 wird geschaltet Signalglied 2S2 wird betätigt Spannzylinder fährt ein Ventil 2S1 wird geschaltet Ventil 1V2 schaltet Schalten von 1S3 Spannzylinder fährt langsam aus Ventil 1V3 wird geschaltet Gleichzeitiges Drücken von 1S1 und 1S2 Betätigen von 0V1 Zylinder 2A fährt ein Ventil 2V1 wird geschaltet Bei richtiger Zuordnung schaltet das entsprechende Ventil, und der Weg der Druckluft wird blau gezeichnet. Verwenden Sie die vorbereitete Antwortdatei für Ihren Lösungsvorschlag. Sie finden die Antwortdatei in den Anlagen am Ende des Skripts. gdpn01q01 36

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38 Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie 2 Um eine höhere Arbeitssicherheit zu gewährleisten muss die Presse mit einer Sicherheitstür ausgerüstet werden. Die Hubbewegung der Tür wird dabei von einem einfachwirkendem Zylinder realisiert. Ausgangssituation (unbetätigter Zustand): Schutztür offen Spannvorrichtung gelöst (Zylinder eingefahren) Presszylinder eingefahren Start der Pressen durch eine Zweihandbedienung! Folgender Prozessablauf muss eingehalten werden: 1. Drücken der beider START-Taster 2. Schutztür wird geschlossen 3. Werkstück wird gespannt 4. Welle wird eingepresst 5. Rückhub Presszylinder Arbeitsauftrag: Entwickeln Sie die erweiterte pneumatische Steuerung! 6. Lösen der Spannvorrichtung 7. Öffnen der Schutztür Verwenden Sie die vorbereitete Antwortdatei für Ihren Lösungsvorschlag. Sie finden die Antwortdatei in den Anlagen am Ende des Skripts. gdpn01q01 38

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40 Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie 3 Nachdem Sie nun die Bauteile und Schaltpläne der Pneumatik kennen gelernt haben, können Sie die Pressensteuerung in Ihrem Betrieb oder in der Berufsschule auch praktisch umsetzen und somit das theoretisch gelernte anwenden und vertiefen. Beachten Sie die Anschlussbezeichnungen an den Ventilen beim Verschlauchen der Bauteile und justieren Sie die Signalglieder mit Tastrolle bzw. Tastrolle mit Leerrücklauf, entsprechend im Arbeitsbereich der Zylinder! Verwenden Sie die vorbereitete Antwortdatei für Ihren Lösungsvorschlag. Sie finden die Antwortdatei in den Anlagen am Ende des Skripts. gdpn01q01 40

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42 Anlagen gdpn01q01 42

43 LEITFRAGEN Hinweis: Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die Antworten zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen. Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können und ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen. Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben. gdpn01q01 43

44 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen der Pneumatik Trainingsaufgabe 1 Bauteile der Pneumatik Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Ordne den Ventilen die entsprechende Bezeichnung zu. Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 1 im Kapitel Trainingsaufgabe. Spannzylinder 1A 1S3 Presszylinder 2A 2S1 2S2 50 % 1V3 2V3 50 % 50 % 2V2 1V2 2 2V V S S S S S Z1 0V1 2 4/2-Wegeventil pneumatisch betätigt Zweidruckventil Wechselventil 1 Wartungseinheit 3/2-Wegeventil pneumatisch betätigt 3/2-Wegeventil mit Tastrolle und Federrückstellung 3/2-Wegeventil - Tastrolle mit Leerrücklauf und Federrückstellung Drosselrückschlagventil 3/2-Wegeventil mit Handbetätigung und Federrückstellung 5/2-Wegeventil pneumatisch betätigt 2/2-Wegeventil mit Handbetätigung (Raste) und Federrückstellung Drosselventil Schnellentlüftungsventil gdpn01q01 44

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46 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen der Pneumatik Trainingsaufgabe 2 Aufbau eines Schaltplans Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Ordnen Sie den Bauteilen die entsprechenden Bezeichnungen zu. Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 2 im Kapitel Trainingsaufgabe. 1S3 2S1 2S2 Spannzylinder Presszylinder 50% 1V3 50% 50% S S S Bezeichnungen: 0Z1 0V1 1S1 1S2 1V2 1V3 1A 2A 2V1 2V2 gdpn01q01 46

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48 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen der Pneumatik Bearbeitung der Fallstudie 1 Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Setzten Sie den Ablauf in die richtige Reihenfolge! Presszylinder fährt aus Ventil 2V1 wird geschaltet Signalglied 2S2 wird betätigt Spannzylinder fährt ein Ventil 2S1 wird geschaltet Ventil 1V2 schaltet Schalten von 1S3 Spannzylinder fährt langsam aus Ventil 1V3 wird geschaltet Gleichzeitiges drücken von 1S1 und 1S2 Betätigen von 0V1 Zylinder 2A fährt ein Ventil 2V1 wird geschaltet Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag and Drop Test. gdpn01q01 48

49 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen der Pneumatik Bearbeitung der Fallstudie 2 Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag and Drop Test. Entwickeln Sie die erweiterte pneumatische Steuerung! Um eine höhere Arbeitssicherheit zu gewährleisten muss die Presse mit einer Sicherheitstür ausgerüstet werden. Die Hubbewegung der Tür wird dabei von einem einfachwirkendem Zylinder realisiert. Ausgangssituation (unbetätigter Zustand): Schutztür offen Spannvorrichtung gelöst (Zylinder eingefahren) Presszylinder eingefahren Start der Pressen durch eine Zweihandbedienung! Folgender Prozessablauf muss eingehalten werden: 1. Drücken der beider START-Taster 2. Schutztür wird geschlossen 3. Werkstück wird gespannt 4. Welle wird eingepresst 5. Rückhub Presszylinder 6. Lösen der Spannvorrichtung 7. Öffnen der Schutztür gdpn01q01 49

50 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen der Pneumatik Bearbeitung der Fallstudie 3 Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag and Drop Test. Nachdem Sie nun die Bauteile und Schaltpläne der Pneumatik kennen gelernt haben, können Sie die Pressensteuerung in Ihrem Betrieb oder in der Berufsschule auch praktisch umsetzen und somit das theoretisch gelernte anwenden und vertiefen. Beachten Sie die Anschlussbezeichnungen an den Ventilen beim Verschlauchen der Bauteile und justieren Sie die Signalglieder mit Tastrolle bzw. Tastrolle mit Leerrücklauf entsprechend im Arbeitbereich der Zylinder! gdpn01q01 50