Proportionalhydraulik Aufbaustufe Arbeitsbuch TP 702

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1 Proportionalhydraulik Aufbaustufe Arbeitsbuch TP 702 Festo Didactic DE

2 Bestimmungsgemäße Verwendung Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Kommunikation entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und / oder die Ausbildenden hat / haben dafür Sorge zu tragen, daß die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten. Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des Ausbildungsunternehmens und / oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch / Einsatz der Anlage außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht. Bestell-Nr.: Stand: 04/01 Layout: , OCKER Ingenieurbüro Grafik: D. Schwarzenberger Autoren: E. Bauer Copyright by Festo Didactic GmbH & Co., D Denkendorf 2013 Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt. Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer und Studenten des Standortes für den Unterricht. Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in Intranet- und Internet- sowie LMS- Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen. Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG.

3 3 Vorwort Das Lernsystem Automatisierung und Kommunikation von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung der Trainingspakete: Grundlagenpakete vermitteln technologieübergreifendes Basiswissen. Technologiepakete greifen die wichtigen Themen Steuerungs- und Regelungstechnik auf. Funktionspakete erklären die Grundfunktionen automatisierter Systeme. Anwendungspakete ermöglichen eine an der betrieblichen Realität ausgerichtete Aus- und Weiterbildung. Die Technologiepakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik, Elektropneumatik, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Automatisieren mit dem Personal Computer, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik und Anwendungstechnik (Handling). Aufnahmerahmen Bild 1: Hydraulik 2000 z.b. fahrbarer Laborwagen U = 230V~ Profilplatte p = 6 MPa Ordnungsmittel

4 4 Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen Aktuatoren möglich. Alle Lernpakete besitzen eine identische Struktur: Hardware Teachware Software Seminare Die Hardware setzt sich aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Anlagen zusammen. Die didaktisch-methodische Aufbereitung der Teachware ist auf die Trainings-Hardware abgestimmt. Die Teachware umfaßt: Lehrbücher (mit Übungen und Beispielen) Arbeitsbücher (mit praktischen Aufgaben, ergänzenden Hinweisen, Lösungen und Datenblättern) Transparentfolien und Videos (zur lebendigen Unterrichtsgestaltung) Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet. Aus dem Bereich Software werden Computer-Lernprogramme und Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen bereitgestellt. Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Technologiepakete rundet das Angebot in Aus- und Weiterbildung ab.

5 5 Wir informieren Sie über das Technologiepaket Proportionalhydraulik TP 702. Neu bei Hydraulik 2000: Alle elektrischen Anschlüsse mit Sicherheitsbuchsen. Industriekomponenten mit Nenngröße 4 auf der Profilplatte. Aufgaben mit Arbeitsblättern und Lösungen, Leitfragen. Fördern der Schlüsselqualifikationen: Fachkompetenz, Methodenkompetenz, Sozialkompetenz und Persönlichkeitskompetenz. Üben von Teamfähigkeit, Kooperationsbereitschaft, Lernbereitschaft, Selbständigkeit und Organisationsvermögen. Ziel Handlungskompetenz Inhalt Teil A Kurs Aufgabenstellungen und Arbeitsblätter Teil B Grundlagen Hinweis auf das Lehrbuch Teil C Lösungen Funktionsdiagramm, Schaltplan, Lösungsbeschreibung und Geräteliste Teil D Anhang Ordnungsmittel, Befestigungstechnik, Kupplungstechnik und Datenblätter

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7 7 Inhaltsverzeichnis Einleitung 9 Sicherheitshinweise 11 Arbeitshinweise 11 Technische Hinweise 12 Arbeitshinweise zur Proportionalhydraulik 13 Lerninhalte der Proportionalhydraulik Aufbaustufe TP Liste der Lernziele der Übungsaufgaben 23 Gerätesatz Proportionalhydraulik Grundstufe TP Gerätesatz Proportionalhydraulik Aufbaustufe TP Geräte-Aufgaben-Matrix 29 Methodische Struktur der Übungen 30 Teil A Kurs Aufgabe 1: Aufgabe 2: Aufgabe 3: Aufgabe 4: Aufgabe 5: Aufgabe 6: Aufgabe 7: Drucksensor Kennlinie, Binär- und Analogsignal A- 3 Temperatursensor Kennlinie, Temperatur-Überwachungssteuerung A- 9 Wegsensor Kennlinie, Basissteuerung mit Wegsensoren A-15 Entwässerungspresse Beschleunigen, Verzögern, Geschwindigkeitsstufen A-25 Hydraulikaufzug Abschaltpositionierung A-33 Ziehpresse Antriebsbeschleunigung mittels Proportional Druckbegrenzungsventil A-41 Honmaschine Oszillation hydraulischer Antriebe A-49

8 8 Aufgabe 8: Aufgabe 9: Aufgabe 10: Formschließeinheit Umströmschaltung, Softstop A-57 Spritzgießmaschine Simulieren eines komplexen Einspritzprozesses A-65 Spritzgießmaschine mit Formschließeinheit Gesamtprozess, Proportional-Drosselventile A-73 Teil B Grundlagen Teil C Lösungen Lösung 1: Drucksensor C-3 Lösung 2: Temperatursensor C-13 Lösung 3: Wegsensor C-17 Lösung 4: Entwässerungspresse C-25 Lösung 5: Hydraulikaufzug C-35 Lösung 6: Ziehpresse C-49 Lösung 7: Honmaschine C-55 Lösung 8: Formschließeinheit C-63 Lösung 9: Spritzgießmaschine C-71 Lösung 10: Spritzgießmaschine mit Formschließeinheit C-79 Teil D Anhang Befestigungstechnik D-3 Anschlussplatte D-5 Kupplungstechnik D-6 Datenblätter...

9 9 Einleitung Das vorliegende Arbeitsbuch ist Bestandteil des Lernsystems Automatisierung und Kommunikation der Festo Didactic GmbH&Co. Das Trainingspaket TP700 eignet sich zur Einführung in die Grundlagen der Proportionalhydraulik. Es ist gegliedert in eine Grundstufe und eine Aufbaustufe. In der Grundstufe TP701 werden die Grundkenntnisse der Proportionalhydraulik vermittelt. Darauf aufbauend werden die Kenntnisse in der Aufbaustufe TP702 vertieft. Bei der Konzeption der hydraulischen Geräte wurden folgende Punkte verwirklicht: Einfache Handhabung Sichere Befestigung Umweltgerechte Kupplungstechnik Kleine Baugröße der Geräte Praxisorientierte Messtechnik Zur praktischen Durchführung der Übungen werden empfohlen: Hydraulische und elektrische Komponenten des Gerätesatzes TP701 und TP702 Ein hydraulisches Antriebsaggregat Mehrere Schlauchleitungen Ein Netzgerät Ein Kabelsatz Eine Profilplatte oder eine entsprechende Laboreinrichtung Das Messset mit den notwendigen Sensoren

10 10 Im vorliegenden Arbeitsbuch werden Kenntnisse vermittelt über die Geräte und die Grundschaltungen der Proportionalhydraulik. Die Themen der Übungen sind: Aufnehmen von Kennlinien verschiedener Sensoren. Anwendung von Geräten, Ventilen und Sensoren. Aufbauen verschiedener Schaltungen nach vorgegebenen Ablauf- Diagrammen. Optimales Abstimmen der Geräte durch Einstellen von Parametern. Technische Vorraussetzungen für einen sicheren Betrieb der Geräte sind: Ein Hydraulikaggregat für Betriebsdruck 60 bar und Volumenstrom 2 l/min. Für das Aggregat eine Spannungsversorgung von 230 V Wechselspannung. Für elektrische Geräte ein Netzgerät mit 24 V Gleichspannung. Zur Befestigung der Geräte eine Profilplatte von Festo Didactic. Das Arbeitsbuch ist für die Berufsausbildung im Dualen System entwickelt worden. Es eignet sich jedoch ebenso für die praxisgerechte Einführung von Studenten der Fachhochschulen und Hochschulen in die Elektrohydraulik. Aufgrund der modularen Konzeption der Hardware lassen sich theoretische Fragestellungen experimentell in einfacher und zeitoptimierter Form nachzeichnen. Die theoretischen Zusammenhänge sind in dem Lehrbuch Proportionalhydraulik, Grundstufe TP701, dargestellt. Die technische Beschreibung der verwendeten Geräte ist in den Datenblättern im Teil D dieses Arbeitsbuches enthalten. Als weitere Ausbildungsmittel zur Hydraulik bietet Festo Didactic an: Haftbildzeichen Hydraulik-Rechenschieber Foliensätze Transparentmodelle Interaktives Video Symbolbibliothek Simulationsprogramm

11 11 Sicherheitshinweise Im Interesse Ihrer eigenen Sicherheit sollten Sie folgende Hinweise unbedingt beachten: Vorsicht beim Einschalten des Hydraulik-Aggregats: Es können Zylinder selbsttägig ausfahren! Zulässigen Arbeitsdruck nicht überschreiten. Siehe Datenblätter. Nur Kleinspannung 24 V verwenden. Allgemeine Sicherheitsbestimmungen beachten (DIN und VDE 100). Arbeitshinweise Aufbau Beim Aufbau der Steuerung sind folgende Schritte unbedingt einzuhalten: 1. Während des Aufbaus der Schaltung müssen das hydraulische Antriebsaggregat und das elektrische Netzteil ausgeschaltet sein. 2. Alle Komponenten müssen sicher auf der Profilplatte befestigt sein, d.h. sicher eingerastet oder fest verschraubt. 3. Es ist zu kontrollieren, ob alle Rücklaufleitungen angeschlossen und alle Schlauchleitungen fest aufgesteckt sind. 4. Es ist zu kontrollieren, ob alle Kabelverbindungen hergestellt und alle Stecker sicher eingesteckt sind. 5. Zuerst elektrisches Netzteil einschalten, danach das hydraulische Antriebsaggregat. 6. Vor dem Abbau der Schaltung auf Druckentlastung der hydraulischen Komponenten achten, denn: Kupplungen müssen drucklos gekuppelt werden! 7. Zuerst Hydraulikaggregat und danach elektrisches Netzteil abschalten.

12 12 Technische Hinweise Um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten, sind nachstehende Hinweise zu beachten: In das Hydraulik-Aggregat TN ist ein einstellbares Druckbegrenzungsventil eingebaut. Sicherheitshalber ist der Systemdruck auf ca. 6 MPa (60 bar) begrenzt. Der zulässige Höchstdruck beträgt für alle hydraulischen Komponenten 12 MPa (120 bar). Der Arbeitsdruck soll bei maximal 6 MPa (60 bar) liegen. Bild 2: Druckübersetzung Bei doppeltwirkenden Zylindern kann durch die Druckübersetzung ein entsprechend dem Flächenverhältnis erhöhter Druck entstehen. Bei einem Flächenverhältnis von 1:1,7 und einem Betriebsdruck von 6 MPa (60 bar) können es über 10 MPa (100 bar) sein! Bild 3: Vereinfachte Darstellung der Verschlusskupplungen Werden Verbindungen unter Druck gelöst, wird durch das Rückschlagventil in der Kupplung Druck in das Ventil oder das Gerät eingesperrt. Mit der Druckentlastung TN kann dieser Druck abgebaut werden. Ausnahme: bei Schlauchleitungen und Rückschlagventilen ist dies nicht möglich. Sämtliche Ventile, Geräte und Schlauchleitungen haben selbstschließende Verschlusskupplungen. Diese verhindern, dass unbeabsichtigt Öl ausströmen kann. Bei der Darstellung im Schaltplan werden diese Verschlusskupplungen der Einfachheit halber weggelassen. Drossel Schlauch Absperrventil

13 13 Arbeitshinweise zur Proportionalhydraulik Bei den vorliegenden Anwendungsbeispielen der Proportionalhydraulik handelt es sich um Problemstellungen aus der Praxis. Die ausgearbeiteten technischen Lösungen entsprechen in ihrer Wirkungsweise der offenen Steuerkette. Vorkenntnisse Die Kenntnisse der Grundlagen entsprechend dem Festo Didactic TP701-Arbeitsbuch werden vorausgesetzt. Bild 4: Systemaufbau der Proportionalhydraulik in der offenen Steuerkette Gesamtsystem Um Problemstellungen in Proportional-Technik lösen zu können, müssen folgende Techniken im System vereint werden: Hydraulik allgemein Proportionalventile, Ansteuerelektronik, Sollwertgabe Signalsteuerung mittels Relaistechnik und / oder SPS Signalgeber

14 14 Leistungsteil Auf der Leistungsseite einer proportionalhydraulischen Steuerung wird der hydraulische Antrieb Zylinder und Motor beeinflusst in bezug auf: Richtung Geschwindigkeit / Drehzahl Kraft / Drehmoment Position Durch die besondere Funktionsweise der stetigen Verstellbarkeit der Proportionalventile und der Variierbarkeit der Stellsignale der Ansteuerelektronik können hydraulischen Antrieben mittels eines Proportional- Stellgliedes folgende Eigenschaften beliebig zugeordnet werden: Geschwindigkeits/Drehzahl-Stufen Kraft/Drehmoment-Stufen gezieltes Beschleunigen gezieltes Bremsen weiches Umschalten allgemein Signalsteuerung Die Signalsteuerung mit den Signalgebern bewirkt den gewünschten Ablauf. Als Steuerungsart in der Praxis ist überwiegend die prozessgeführte Ablaufsteuerung notwendig. Die Kombination mit zeitgeführtem Ablauf und Verknüpfungssteuerung ist oft erforderlich. In der praktischen Anwendung wird dies überwiegend mit SPS-Steuerungen realisiert. Programmiervorlage zum Schreiben von SPS-Programmen Bei dem vorliegenden Arbeitsbuch wird die Programmiervorlage anhand der Ablauftabellen bereitgestellt, so dass sehr einfach mit der individuell vorhandenen Programmiersoftware und SPS-Steuerung das entsprechende Programm geschrieben und umgesetzt werden kann. Darüber hinaus ist eine Lösung in Relaistechnik ausgearbeitet und getestet.

15 15 Signalgeber Mit einer Vielfalt von Signalgebern werden heute Hydraulik-Systeme optimiert. Beim Trainingspaket TP702 kommen zum Einsatz: Binäre Signalfunktion Grenztaster Induktiver Näherungsschalter Kapazitiver Näherungsschalter Optischer Näherungsschalter Analoge Signalfunktion Wegsensor, potentiometrisch Drucksensor, piezoresistiv Temperatursensor, Widerstandsthermometer dazu Komparatorkarte Betriebsarten und Randbedingungen Um die Aufgaben im Umfang zu begrenzen und das Wesentliche der Proportionalhydraulik herauszuarbeiten, ist nur ein einfacher Einrichtbetrieb in einigen der Lösungen integriert. Sicherheit / Sicherheitsvorschriften Diese sind in bezug auf den Übungsbetrieb enthalten. Sicherheitsvorschriften für die praktische Anwendung sind wegen deren Umfang nicht berücksichtigt worden.

16 16 Systematisches Problemlösen Es wurde besonderer Wert auf ein systematisches Vorgehen beim Problemlösen gelegt: Dazu ist in der Aufgabenstellung der Lösungsweg strukturiert. Die meisten Aufgaben haben den folgenden Lösungsweg: Erfassen der Aufgabe mittels Lageplan, Diagramm und Problembeschreibung In den Aufgabenstellungen und Problembeschreibungen wird entsprechend den praktischen Gepflogenheiten mit verschiedenen Diagrammen für den Funktionszusammenhang von Beschleunigung / Verzögerung und Geschwindigkeit über der Zeit und dem Weg gearbeitet. Die Diagramme sind die beste Beschreibung für Abläufe in der Proportionalhydraulik und gleichzeitig ein Teil der Lösung des Problems, der schon ausgearbeitet ist. Entwerfen des Hydraulikschaltplanes Beim Entwerfen sind die Geräte des TP702-Gerätesatzes zugrunde gelegt. Andere Lösungen sind möglich. Durch Magnet-Schaltventile aus den Gerätesätzen TP601 und TP602 wird die Lösungsmöglichkeit noch erweitert. Festlegen der erforderlichen Signalgeber Die Diagramme fordern einen bestimmten Ablauf. Signalgeber initiieren die Abfolge von Eilgang, Schleichgang, Beschleunigung, Verzögerung usw. Sind die benötigten Signalgeber überlegt und festgelegt, kann die Signalsteuerung vorbereitet werden. Erarbeiten der Ablauftabelle Mit dieser kann nun systematisch und übersichtlich die Vorlage für die SPS-Programmierung bzw. Schaltplanentwurf erarbeitet werden. Es werden die einzelnen Steuerschritte festgelegt und jeweils die Eingangs- und Ausgangssignale der Signalsteuerung definiert. Dazu werden die Sollwert- und Rampenadressen angegeben.

17 17 Entwerfen der elektrischen Signalsteuerung bzw. Schreiben des SPS-Programms Wie oben schon ausgesagt, dürfen Sie ganz individuell Ihr eigenes SPS- Programm schreiben. Für dieses Arbeitsbuch TP702 sollen Relaissteuerungen die Signalverarbeitung übernehmen. Als Relaissteuerung mit System eignen sich gut elektrische Taktketten. Die festgelegten Signale der Ablauftabelle können beim Entwurf Schritt für Schritt den Taktstufen zugeordnet werden. In den Lösungsbeschreibungen werden die Relais- Steuersysteme erklärt. Aufbauen und Inbetriebnehmen der proportionalhydraulischensteuerung In Aufgabe 1 wird beispielhaft eine Vorgehensweise empfohlen. Einstellwerte in den Lösungen Ihre gefundenen Einstellwerte können und dürfen von den angegebenen Werten abweichen. Entscheidend ist, dass sich die Prozesse praxisnah und optisch sichtbar darstellen. Die Basis für die Einstellwerte ist das Standard Hydraulikaggregat von Festo Didactic mit q Pumpe = 2 l/min. Alternative Lösungen Die vorliegenden Übungen basieren auf dem Gerätesatz TP702. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen zu den gestellten Aufgaben möglich.

18 18 Anpassung Um die optimale Funktion eines Proportionalventils zu erreichen, müssen Ventil, Ansteuerelektronik, Aktuator und die hydraulische Versorgung aufeinander abgestimmt sein. Dazu sind folgende Punkte zu beachten. 1. Aufgabenstellung Die Aufgabenstellung liefert einige Grunddaten, die zunächst für die Auslegung, aber auch für die Anpassung wichtig sind. Dazu gehören der Arbeitsdruck, der Volumenstrom und die Belastung des Verbrauchers sowie der Förderstrom des Aggregates. 2. Aussteuerung Der Proportionalverstärker muß dem Ventil angepaßt werden. Dazu müssen zunächst die beiden Grenzen bekannt sein, nach denen eingestellt werden soll. Die erste Grenze wird durch den Nennstrom des Proportionalmagneten gebildet, die andere durch den erforderlichen oder möglichen hydraulischen Wert (Druck, Durchfluss). Diese Anpassung läßt sich durch Einstellen der I MAX-Werte erreichen. Dabei wird festgelegt, welcher maximale Magnetstrom mit dem maximalen Sollwert erreicht werden kann. Durch diese Maßnahme wird ein Beschädigen der Proportionalmagnete verhindert und gleichzeitig die Sollwertansteuerung vereinfacht, da nun immer mit 10 V als maximalen Sollwert gearbeitet werden kann. Auch ein unbeabsichtigtes Übersteuern ist damit sollwertseitig nicht mehr möglich. Da der Maximalstrom je Ausgang getrennt eingestellt werden kann, lassen sich auch zum Beispiel unterschiedliche Geschwindigkeiten von Aus- und Einfahren durch unterschiedlich hohe I MAX-Werte symmetrieren. Die gleichen Sollwerte für Aus- und Einfahren bedeuten nun auch die gleichen Geschwindigkeiten.

19 19 3. Überdeckung Die Überdeckung ist der Weg, den der Ventilkolben zurücklegen muß, bevor die Steuerkanten öffnen. Durch diese Bauweise kann die Leckage auch bei größeren Spalten um den Ventilkolben gering gehalten werden. Bei der Ansteuerung birgt diese Bauweise jedoch einen Nachteil. Da sich der Ventilkolben proportional zum Magnetstrom verstellt, ist ein gewisser Magnetstrom nötig, um diese Überdeckung zu überfahren. Bei einem Proportionalwegeventil führt dies dazu, daß erst ab einem bestimmten Sollwert ein Durchfluss beginnt. Wünschenswert ist aber eine stetige Verstellung des Durchflusses von 0 bis 10 V Sollwert. Annähernd läßt sich dies durch den Sprungstrom I JUMP erreichen. Dabei wird für jede Richtung der nötige Magnetstrom ermittelt und eingestellt. Schon ab dem kleinsten Sollwert wird je nach Richtung dem aus dem Sollwert gebildeten Magnetstrom ein Betrag dazuaddiert. 4. Grundstrom Soll eine Drift eines Zylinders oder Motors kompensiert werden, kann dies bei einem Wegeventil durch verschieben der Mittellage erreicht werden. Durch das Verschieben entsteht zu der Seite der kleineren Überdeckung ein größerer Leckagestrom, der der Drift entgegenwirkt. Eine andere Anwendung ist im Druckventilbereich, bei dem ein bestimmtes Druckniveau auch bei 0 V Sollwert gehalten werden soll. Diese Verschiebung wird durch den Grundstrom I BASIC vorgenommen.

20 20 Verstärkerkennlinie für ein Proportional-Wegeventil Bild 5: Verstärkerkennlinie für ein Proportional-Wegeventil

21 21 Anpassung des Proportional-Druckbegrenzungsventils an den vorgesehenen Druckeinstellbereich 1. Oberer Begrenzungswert Der vorgesehene höchste Druckbegrenzungswert einer Hydraulikanlage wird in der Regel mit I MAX bei Sollwert 10 Volt eingestellt. Dies dient auch der Sicherheit, dass ein höherer Begrenzungswert als vorgesehen irrtümlich nicht eingestellt werden kann. 2. Unterer Begrenzungswert Der untere Begrenzungswert einer Anlage wird in der Regel auf den Umlaufdruck der Pumpe ohne elektrischen Anschluss gelegt. Ist der Umlaufdruck z.b. 7 bar, so wird der Grundstrom I BASIC bei 0 Volt auf diesen Wert eingestellt. Für den festgelegten Druckeinstellbereich ist eine optimale Sollwertauflösung gegeben. Der einmal eingestellte elektrische Grundstrom bleibt permanent vorhanden. Verstärkerkennlinie für ein Proportional-Druckbegrenzungsventil Bild 6: Verstärkerkennlinie für ein Proportional-Wegeventil

22 22 Lerninhalte der Proportionalhydraulik Aufbaustufe TP702 Ermitteln von Kennlinien und Kenngrößen verschiedener Sensoren. Abstimmen von elektrischen und hydraulischen Geräten. Messen von Größen wie Druck, Temperatur, Weg und Zeit. Steuern von Druck, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung und Position. Lesen und Erstellen von proportionalhydraulischen und elektrischen Schaltplänen. Lesen von Bewegungs-Diagrammen. Anwenden der Symbole nach DIN / ISO Aufbau und Inbetriebnahme von proportionalhydraulischen Steuerungen einschließlich Fehlersuche. Anpassen und Abstimmen gemäß der vorgegebenen Ablaufbeschreibung. Anwenden von Grundschaltungen der Proportionalhydraulik wie: Geschwindigkeits- / Drehzahl-Stufen, Beschleunigung / Bremsen, Differentialschaltungen, Positionieren.

23 23 Liste der Lernziele der Übungsaufgaben Aufgaben Lernziele 1 Kennlinie des Drucksensors erstellen können. Signalweiterverarbeitung des Drucksensor-Analogsignals realisieren können. 2 Kennlinien des Temperatursensors erstellen können. Signalweiterverarbeitung des Temperatursensor-Analogsignals realisieren können. 3 Kennlinie des Wegsensors erstellen können. Signalwiederverarbeitung des Wegsensor-Analogsensors realisieren können. 4 Ein vorgegebenes Weg-Zeit-Diagramm für einen Pressenzylinder realisieren können. 5 Ein vorgegebenes Fahrdiagramm realisieren können. Genaue Abschaltposition einstellen können. 6 Die Antriebsbeschleunigung mittels eines Proportional-Druckbegrenzungsventils realisieren können. 7 Die Oszillationsbewegungen einer Honmaschine mittels einer proportionalhydraulischen Steuerung realisieren können. 8 Einen vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf mittels zusätzlicher Umströmschaltung und Softstop realisieren können. 9 Einen Einspritzprozess mit Schneckenmotor und Spritzzylinder mittels eines 2/2-Wege-Proportionalventils und eines Proportional-Druckbegrenzungsventils realisieren können. 10 Zwei Einzelprozesse zu einem Gesamtprozess verknüpfen können. Proportional-Drosselventil optimal verschalten können.

24 24 Gerätesatz Proportionalhydraulik Grundstufe TP701 Gerätesatzes TP701 Bestell-Nr.: Benennung Bestell-Nr. Menge Relais, 3fach Signaleingabe, elektrisch Proportional-Druckbegrenzungsventil Sollwertkarte Proportionalverstärker Druckmeßgerät Drosselventil Drosselrückschlagventil T-Verteiler Druckbegrenzungsventil /2-Wege-Magnetventil Zylinder Hydromotor Näherungsschalter, induktiv Druckfilter Gewicht Druckwaage /3-Wege-Proportionalventil

25 25 Gerätesatz Proportionalhydraulik Aufbaustufe TP702 Benennung Bestell-Nr. Menge Relais, 3fach Zeitrelais Meldeeinrichtung Anbausatz Zylinder Komparatorkarte Sollwertkarte Rückschlagventil 1 bar T-Verteiler Rückschlagventil, entsperrbar Näherungsschalter, kapazitiv Näherungsschalter, optisch Grenztaster, elektrisch, links Grenztaster, elektrisch, rechts Linearwegaufnehmer Gerätesatzes TP702 Bestell-Nr.: Benennung Bestell-Nr. Menge Universalanzeige Temperatursensor Drucksensor Zusatzgeräte der Aufgabe 1 und 2 Zusatzgeräte für Aufgabe 10

26 26 Benennung Bestell-Nr. Menge Druckmessgerät T-Verteiler Schlauchleitung 600 mm Relais, 3fach Zeitrelais Proportionalverstärker Sollwertkarte /2-Wege-Magnetventil /3-Wege-Proportionalventil Näherungsschalter, induktiv Näherungsschalter, kapazitiv Zubehör Benennung Bestell-Nr. Menge Multimeter Schlauchleitung 600 mm Hydraulik-Aggregat Druckentlastung Schlauchleitung 1500 mm Netzgerät Kabelsatz Symbole des Gerätesatzes TP702

27 27 Relais, 3fach Meldeeinrichtung Zeitrelais, 2fach, anzugverzögert Zeitrelais, 2fach, abfallverzögert Rückschlagventil Rückschlagventil, entsperrbar T-Verteiler Anbausatz Zylinder Komparatorkarte Sollwertkarte Grenztaster, elektrisch, links und rechts Symbole des Gerätesatzes TP702

28 28 Näherungsschalter, induktiv Näherungsschalter, kapazitiv Näherungsschalter, optisch Linearwegaufnehmer Drucksensor Temperatursensor

29 29 Geräte-Aufgaben-Matrix Aufgaben Geräte * Relais, 3fach Signaleingabe, elektrisch Zeitrelais Meldeeinrichtung 1 1 Anbausatz Zylinder 1 1 Komparator Proportional-Druckbegrenzungsventil Sollwertkarte Proportionalverstärker Druckmessgerät Drosselrückschlagventil 1 1 Rückschlagventil T-Verteiler Druckbegrenzungsventil 1 1 Rückschlagventil, entsperrbar 1 4/2-Wege-Magnetventil Zylinder Hydromotor 1 1 Näherungsschalter, induktiv Näherungsschalter, kapazitiv Näherungsschalter, optisch 1 1 Grenztaster, elektrisch, links Grenztaster, elektrisch, rechts Druckfilter /3-Wege-Proportionalventil Kabelsatz Netzgerät Aggregat Schlauch Schlauch Universalanzeige 1 Drucksensor 1 Temperatursensor 1 Wegsensor 1 * Für Aufgabe 10 werden mehr Geräte benötigt, als in einem Gerätesatz TP700 enthalten sind. In Aufgabe 10 werden die Schaltungen von Aufgabe 8 und Aufgabe 9 zu einer umfangreichen Gesamtfunktion verknüpft.

30 30 Methodische Struktur der Übungen Die Übungsaufgaben des Arbeitsbuches gliedern sich in Aufgaben im Teil A und Lösungen im Teil C des Buches. Die methodische Struktur ist bei allen Übungsaufgaben gleich. Die Aufgabenblätter im Teil A sind gegliedert in: Sachgebiet Titel Lernziel Aufgabenstellung Problembeschreibung Lageplan Es folgt das Arbeitsblatt zur Durchführung der Aufgabe mit Blockschaltbild Symbole für Schaltpläne Einstellhilfen Auswertungshilfen wie Wertetabellen für Meßwerte, Koordinaten für Kennlinien Erkenntnisfrage Die Lösungsvorschläge im Teil C sind gegliedert in: Schaltplan, hydraulisch Schaltplan, elektrisch Geräteliste Einstelltabelle Lösungsbeschreibung Auswertung Erkenntnis

31 A-1 Teil A Kurs Aufgabe 1: Drucksensor Kennlinie, Binär- und Analogsignal A-3 Aufgabe 2: Temperatursensor Kennlinie, Temperatur-Überwachungssteuerung A-9 Aufgabe 3: Wegsensor Kennlinie, Basissteuerung mit Wegsensoren A-15 Aufgabe 4: Entwässerungspresse Beschleunigen, Verzögern, Geschwindigkeitsstufen A-25 Aufgabe 5: Hydraulikaufzug Abschaltpositionierung A-33 Aufgabe 6: Ziehpresse Antriebsbeschleunigung mittels Proportional Druckbegrenzungsventil A-41 Aufgabe 7: Honmaschine Oszillation hydraulischer Antriebe A-49 Aufgabe 8: Formschließeinheit Umströmschaltung, Softstop A-57 Aufgabe 9: Spritzgießmaschine Simulieren eines komplexen Einspritzprozesses A-65 Aufgabe 10: Spritzgießmaschine mit Formschließeinheit Gesamtprozess, Proportional-Drosselventil A-73 TP702 Festo Didactic

32 A-2 TP702 Festo Didactic

33 A-3 Aufgabe 1 Proportionalhydraulik Drucksensor Allgemein die Funktionsweise und Signalverarbeitung von Analogsensoren kennenlernen. Speziell die Funktionsweise und Kennlinie eines Drucksensors kennenlernen. Die Signalverarbeitung der Analogsignale mittels Komparatorkarte verstehen und durchführen können. Sachgebiet Titel Lernziel Aufbauen der Messschaltung. Aufnehmen der Kennlinie des Drucksensors. Setzen von Schwellwerten. Aufgabenstellung TP702 Festo Didactic

34 A-4 Aufgabe 1 Problembeschreibung Moderne Pressen sind zur integrierten Qualitätssicherung mit Presskraft-Überwachungssteuerungen ausgerüstet. Damit wird der Füge- oder Einpressvorgang auf Gut oder Fehlerhaft überwacht. Als Signalgeber für den Druckverlauf beim Einpressen ist ein analoger Drucksensor eingebaut. Bei der Inbetriebnahme der Presse soll die Kennlinie des Drucksensors überprüft werden und anschließend die Schwellwerte 20 und 40 bar als Grenzwerte für die Überwachung eingestellt werden. Bild 1/1: Lageplan Krafthub Überwachter Bereich Kraft Gut-Anzeige Hub TP702 Festo Didactic

35 A-5 Aufgabe 1 ARBEITSBLATT Kennlinie im gesamten Druckeingangsbereich aufnehmen Der analoge Messwertaufnehmer formt die zu messende physikalische Größe Druck in ein analoges elektrisches Signal um. Die Eingangsgröße des Drucksensors ist der Öldruck P im Bereich von 0 bis 100 bar. Das Ausgangssignal des Drucksensors ist die genormte elektrische Einheitsspannung U von 0 bis10 Volt. Machen Sie sich mit den Geräten vertraut. Siehe dazu auch die Bedienungsanleitung und Datenblätter. Bauen Sie die komplette Messschaltung auf. Der Hydraulikzylinder wird als Druckübersetzer verschaltet, das bedeutet hintere Endlage und Stangenraum mit Öl gefüllt. Kontrollieren Sie den Ursprung der Kennlinie: Eingangssignal = 0 bar, am Manometer ablesbar. Ausgangssignal = 0 Volt, an der Komparatorkarte ablesbar. Schalten Sie das Hydraulikaggregat ein. Stellen Sie mit dem Druckbegrenzungsventil die übersetzten Drücke entsprechend der Tabelle genau ein. Beachten Sie steigende und fallende Messrichtung. Lesen Sie die zugeordneten elektrischen Spannungswerte ab. Beachten Sie, dass das Manometer nur bis zu 3/4 vom Skalenendwert belastet werden darf (7,5 Mpa / 75 bar). Notieren Sie die Werte in der Tabelle und zeichnen Sie die entsprechende Punkte in das Koordinatensystem ein. Verbinden Sie die Punkte zur Kennlinie. Bewerten Sie die Kennlinienaufnahme und die ermittelte Kennlinie. Kennlinienaufnahme TP702 Festo Didactic

36 A-6 Aufgabe 1 Bild 1/2: Schaltplan, hydraulisch 0-10 Volt Bild 1/3: Schaltplan, elektrisch Wahlschalter auf IN A TP702 Festo Didactic

37 A-7 Aufgabe 1 ARBEITSBLATT Messgröße und Einheit Messwerte Messrichtung Wertetabelle Druck p in bar Spannung U in Volt Spannung U in Volt steigend fallend Bild 1/4: Kennlinie Druck-Elektrische Spannung U p TP702 Festo Didactic

38 A-8 Aufgabe 1 Erkenntnis Erklären Sie die Begriffe Binärsignal, Binär-Signalgeber, Analogsignal und Analog-Signalgeber. TP702 Festo Didactic