Grundlagen der Vakuumtechnik Arbeitsbuch TP 30 Mit CD-ROM V1 V 1V4 1 3 1Z1 1Z 3 1 1V1 1V 1V3 1M1 1 3 1A1 1A 4 V 1 3 S1 13 14 1 14 4 K1 K1 11 1 S 31 3 K1 A1 A 1M1 0 V 11 1 31 41 1 14. 4.3 3 34 4 44 Festo Didactic 56757 DE
Bestell-Nr.: 56757 Stand: 10/010 Autor: Ralph-Christoph Weber Redaktion: Frank Ebel Grafik: Ralph-Christoph Weber Layout: 10/010, Frank Ebel Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 010 Internet: www.festo-didactic.com E-Mail: did@de.festo.com Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen durchzuführen. Hinweis Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verständnis der Formulierungen.
Inhalt Bestimmungsgemäße Verwendung IV Vorwort V Einleitung VII Sicherheits- und Arbeitshinweise VIII Technologiepaket für Elektropneumatik (TP 00) X Lernziele der Aufbaustufe (TP 30) XI Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben XII Gerätesatz der Ausbaustufe (TP 30) XIII Zuordnung von Geräten und Aufgaben XVI Methodische Hilfen für den Ausbilder XVII Methodische Struktur der Aufgaben XVII Bezeichnung der Geräte XVII Inhalte der CD-ROM XVIII Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Erzeugen von Vakuum 3 Aufgabe : Auswählen von Vakuumsaugern für unterschiedliche Werkstücke 11 Aufgabe 3: Aufrecht erhalten von Vakuum beim Einsatz von mehr als einem Sauger 1 Aufgabe 4: Überwachung des Unterdrucks 9 Aufgabe 5: Einsparen von Druckluft in einem Vakuumsystem 37 Aufgabe 6: Kontrolliertes Lösen von Werkstücken bei bestehendem Vakuum 43 Aufgaben und Arbeitsblätter Aufgabe 1: Erzeugen von Vakuum 3 Aufgabe : Auswählen von Vakuumsaugern für unterschiedliche Werkstücke 11 Aufgabe 3: Aufrecht erhalten von Vakuum beim Einsatz von mehr als einem Sauger 1 Aufgabe 4: Überwachung des Unterdrucks 9 Aufgabe 5: Einsparen von Druckluft in einem Vakuumsystem 37 Aufgabe 6: Kontrolliertes Lösen von Werkstücken bei bestehendem Vakuum 43 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 III
Inhalt Grundlagen der Vakuumtechnik 1 Einführung in die Vakuumtechnik I-3 1.1 Vakuumtechnische Grundbegriffe I-3 1. Vakuumbereiche I-5 Vakuumerzeugung in der Handhabungstechnik I-7.1 Vakuumpumpen I-7. Wirkprinzip der Verdrängerpumpen I-7.3 Hinweise zur Pumpenauswahl I-10.4 Ejektoren I-11 3 Vakuumelemente in der Handhabungstechnik I-17 3.1 Ventile I-17 3. Vakuummeter I-17 3.3 Vakuumspeicherung I-18 3.4 Saugnäpfe I-19 3.5 Faltenbalgsaugnapf I-0 3.6 Saugnapfauswahl I-1 3.7 Vakuumsaugventile I-3 IV Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Bestimmungsgemäße Verwendung Das Trainingspaket Grundlagen der Vakuumtechnik ist nur zu benutzen: für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen. Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Technik 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 dieses Gerätesatzes außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht. Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 V
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Vorwort Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des Lernsystems: Technologieorientierte Trainingspakete Mechatronik und Fabrikautomation Prozessautomation und Regelungstechnik Robotino Lernen und forschen mit mobilen Robotern Hybride Lernfabriken Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik, Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik und elektrischen Antrieben. Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen Antrieben möglich. Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 VII
Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen: Hardware Medien Seminare Hardware Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte der begleitenden Medien angepasst. Medien Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die praxisorientierte Teachware umfasst: Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse) Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen) Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen) Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung) Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten) Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt: Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte) Simulationssoftware Visualisierungssoftware Software zur Messdatenerfassung Projektierungs- und Konstruktionssoftware Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet. Seminare Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und Weiterbildung ab. Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch? Dann senden Sie eine E-Mail an: did@de.festo.com Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung. VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Einleitung Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 30 behandelt das Thema Grundlagen der Vakuumtechnik. Die Themen Vakuumerzeugung, Systemauslegung, Auswahl von Sauggreifern und typische Schaltungen mit Sauggreifern werden umfassend behandelt. Zusätzlich wird die Reduzierung des Druckluftverbrauchs in Vakuumsystemen dargestellt. Voraussetzung für den Aufbau der Steuerungen ist ein fester Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo Didactic Profilplatte. Die Profilplatte hat 14 parallele T Nuten im Abstand von je 50 mm. Als Gleichspannungsquelle dient ein kurzschlusssicheres Netzgerät (Eingang: 30 V, 50 Hz, Ausgang: 4 V, max. 5 A). Zur Druckluftversorgung kann ein mobiler, schallgedämpfter Verdichter (30 V, ca. 50 l/min, maximal 800 kpa = 8 bar) verwendet werden. Der Arbeitsdruck soll maximal p = 600 kpa = 6 bar betragen. Eine optimale Ablaufsicherheit erreichen Sie, wenn die Steuerung bei einem Arbeitsdruck von p = 500 kpa = 5 bar ölfrei betrieben wird. Zur praktischen Durchführung der 6 Aufgabenstellungen benötigen Sie zusätzlich zum Gerätesatz TP 30 Komponenten aus dem Gerätesatz TP 01. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieses Arbeitsbuchs können dem Lehrbuch Pneumatik/Elektropneumatik und dem Anhang dieses Arbeitsbuchs entnommen werden. Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Vakuumsaugdüsen, Vakuumsauger, Vakuumschalter usw.) zur Verfügung. Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 IX
Sicherheits- und Arbeitshinweise Allgemein Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Steuerungen arbeiten. Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Elementen, insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit! Mechanik Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte. Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden. Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche! Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher. Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau. Elektrik Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Verbindungen nur in spannungslosem Zustand! Verwenden Sie für die elektrischen Verbindungen nur Anschlussleitungen mit Sicherheitssteckern. Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 4 V DC. Pneumatik Überschreiten Sie nicht den zulässigen Druck von 600 kpa (6 bar). Schalten Sie die Druckluft erst ein, wenn Sie alle Schlauchverbindungen hergestellt und gesichert haben. Entkuppeln Sie keine Schläuche unter Druck. Verletzungsgefahr beim Einschalten von Druckluft! Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren. Unfallgefahr durch abspringende Schläuche! Verwenden Sie kürzest mögliche Schlauchverbindungen. Tragen Sie eine Schutzbrille. Beim Abspringen von Schläuchen: Schalten Sie die Druckluftzufuhr sofort ab. Pneumatischer Schaltungsaufbau: Verbinden Sie die Geräte mit dem Kunststoffschlauch mit 4 mm oder 6 mm Außendurchmesser. Stecken Sie dabei den Schlauch bis zum Anschlag in die Steckverbindung. Schalten Sie vor dem Schaltungsabbau die Druckluftversorgung ab. Pneumatischer Schaltungsabbau: Drücken Sie den blauen Lösungsring nieder, der Schlauch kann abgezogen werden. X Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A bis D ausgestattet: Variante A, Rastsystem Leichte nicht belastbare Geräte (z.b. Wege-Ventile). Gerät einfach in die Nut der Profilplatte einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels. Variante B, Drehsystem Mittelschwere belastbare Geräte (z.b. Aktuatoren). Diese Geräte werden durch Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue Griffmutter. Variante C, Schraubsystem Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z.b. Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Elemente werden mit Zylinderschrauben und Hammermuttern befestigt. Variante D, Stecksystem Leichte nicht belastbare Geräte mit Steckbolzen (z.b. Meldeeinrichtung). Sie werden mit Steckadaptern befestigt. Beachten Sie die Angaben in den Datenblättern zu den einzelnen Geräten. Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 XI
Technologiepaket für Elektropneumatik (TP 00) Das Technologiepaket TP 00 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln sowie Seminaren. Gegenstand dieses Paketes sind ausschließlich elektropneumatische Steuerungen. Einzelne Elemente aus dem Technologiepaket TP 00 können auch Bestandteil anderer Pakete sein. Wichtige Elemente des TP 00 Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte Verdichter (30 V, 0,55 kw, maximal 800 kpa = 8 bar) Gerätesätze oder Einzelkomponenten Optionale Lernmittel Praxismodelle Komplette Laboreinrichtungen Ausbildungsunterlagen Lehrbücher Pneumatik/Elektropneumatik Grundlagen der pneumatischen Steuerungstechnik Wartung pneumatischer Geräte und Anlagen Arbeitsbücher Grundlagen der Vakuumtechnik TP 30 Optionale Teachware Transparentfoliensätze und Tageslichtprojektor Haftbildzeichen, Zeichenschablone WBT Elektropneumatik, WBT Pneumatik WBTs Elektrik 1 +, WBTs Elektronik 1 + Schnittmodellsatz mit Aufbewahrungskoffer Simulationssoftware FluidSIM Pneumatik Seminare P111 P11 P-OP IW-PEP P-AL P-AZUBI VUU P-KOMPAKT Grundlagen der Pneumatik und der Elektropneumatik Instandhaltung und Fehlersuche an pneumatischen und elektropneumatischen Anlagen Der Verschwendung auf der Spur wirtschaftlicher Einsatz der Pneumatik Instandhaltung und Wartung in der Steuerungstechnik pneumatische und elektropneumatische Steuerungen Pneumatik für die berufliche Ausbildung Pneumatik und Elektropneumatik für Auszubildende Der Einsatz von Vakuum in der Handhabungstechnik Intensivtraining Pneumatik und Elektropneumatik Veranstaltungsorte, Termine und Preise entnehmen Sie bitte dem aktuellen Seminarplaner. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, die Filme, CD-ROMs und DVDs sowie die Fachbücher werden in mehreren Sprachen angeboten. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Lernziele der Aufbaustufe (TP 30) Sie können Unterdruck erzeugen. Sie kennen die Funktion einer Venturidüse. Sie kennen die Auswirkung des Systemdrucks auf das erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei unterschiedlichen Vakuumsaugdüsen. Sie kennen die Auswirkung von Drosselstellen (z.b. dünner bzw. langer Schlauch, verstopfter Schalldämpfer) auf die Unterdruckerzeugung. Sie können Vakuum regeln und einstellen. Sie kennen den Einfluss des Durchmessers auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers Sie können zu unterschiedlichen Werkstücken den passenden Vakuumsauger auswählen Sie kennen den Einfluss der Oberfläche eines Werkstücks auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers Sie kennen den Einfluss der Werkstückoberfläche auf die Haltekraft Sie kennen Methoden ein Vakuum aufrecht zu erhalten, wenn beim Einsatz von mehreren Saugern nicht alle greifen. Sie können Werkstücke mit nicht ebener Geometrie mit Vakuumsauggreifern greifen. Sie können den Unterdruck mit einem Druckschalter überwachen Sie können diese Überwachung unter unterschiedlichen Randbedingungen durchführen. Sie können eine Schaltung aufbauen, die es ermöglicht, den Druckluftverbrauch in einem Vakuumsystem zu minimieren Sie können die Kosteneinsparung durch diese Sparschaltung und deren Amortisationszeit berechnen. Sie können Werkstücke kontrolliert vom Sauggreifer lösen, wenn bei einer Druckluft-Sparschaltung der Transportvorgang beendet ist. Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 XIII
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben Lernziele Aufgabe 1 3 4 5 6 Sie können Unterdruck erzeugen. Sie kennen die Funktion einer Venturidüse. Sie kennen die Auswirkung des Systemdrucks auf das erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei unterschiedlichen Vakuumsaugdüsen. Sie kennen die Auswirkung von Drosselstellen (z.b. dünner bzw. langer Schlauch, verstopfter Schalldämpfer,?) auf die Unterdruckerzeugung. Sie können Vakuum regeln und einstellen. Sie kennen den Einfluss des Durchmessers auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers Sie können zu unterschiedlichen Werkstücken den passenden Vakuumsauger auswählen Sie kennen den Einfluss der Oberfläche eines Werkstücks auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers Sie kennen den Einfluss der Werkstückoberfläche auf die Haltekraft Sie kennen Methoden ein Vakuum aufrecht zu erhalten, wenn beim Einsatz von mehreren Saugern nicht alle greifen. Sie können Werkstücke mit nicht ebener Geometrie mit Vakuumsauggreifern greifen. Sie können den Unterdruck mit einem Druckschalter überwachen Sie können diese Überwachung unter unterschiedlichen Randbedingungen durchführen. Sie können eine Schaltung aufbauen, die es ermöglicht, den Druckluftverbrauch in einem Vakuumsystem zu minimieren Sie können die Kosteneinsparung durch diese Sparschaltung und deren Amortisationszeit berechnen. Sie können Werkstücke kontrolliert vom Sauggreifer lösen, wenn bei einer Druckluft-Sparschaltung der Transportvorgang beendet ist. XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Gerätesatz der Ausbaustufe (TP 30) Dieser Gerätesatz ist für die Grundausbildung in elektropneumatischer Steuerungstechnik zusammengestellt. Er enthält alle Elemente, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind und kann mit anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden. Zum Aufbau funktionsfähiger Steuerungen werden zusätzlich die Profilplatte, ein elektrisches Netzgerät, unterschiedliche Komponenten aus TP 01 und eine Druckluftquelle benötigt. Gerätesatz (TP 30) Benennung Bestell-Nr. Menge Vakuumsauger (schwarz) 0mm 573043 1 Vakuumsauger (schwarz) 30mm 573044 1 Vakuumsauger (transparent) 0mm 573045 1 Vakuumsauger (transparent) 30mm 573046 1 Faltenbalgsauger 3,5 (transparent) 0mm 573047 Ovalsauger 4x0 573057 4 Vakuumsaugdüse 05 H 57358 1 Vakuumsaugdüse 05 L 57359 1 Druckluftspeicher 1591 1 Rückschlagventil 15346 1 Drosselventil 19397 1 Vakuummeter 57304 1 Vakuumschalter 54864 1 Benötigte Komponenten aus TP 01 Benennung Bestell-Nr. Menge 3/-Wege-Magnetventil, RS geschlossen 539776 1 5/- Wege-Magnetventil als 3/ RS Offen 539777 1 Signaleingabe, elektrisch 164 1 Relais, 3-fach 1641 1 Verteilerblock 15896 1 T-Steckverbinder 15318 Einschaltventil mit Filterregelventil 540691 1 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 XV
Symbole des Gerätesatzes Benennung Symbol Relais, 3-fach A1 1 14 4 3 34 4 44 A A1 11 1 31 41 1 14 4 3 34 4 44 A 11 1 31 41 A1 1 14 4 3 34 4 44 A 11 1 31 41 Signaleingabe, elektrisch 13 1 14 13 1 14 13 1 14 13 1 14 3/-Wege-Magnetventil, in Ruhestellung gesperrt 1 1M1 1 3 1M1 XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Benennung Symbol 5/-Wege-Magnetventil Druckluftspeicher Vakuumschalter p Rückschlagventil 1 Drosselventil 1 Vakuumsaugdüse 1 3 Vakuumsauger Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 XVII
Zuordnung von Geräten und Aufgaben Geräte Aufgabe 1 3 4 5 6 Vakuumsauger (schwarz) 0mm 1 Vakuumsauger (schwarz) 30mm 1 Vakuumsauger (transparent) 0mm 1 Vakuumsauger (transparent) 30mm 1 Faltenbalgsauger 3,5 (transparent) 0mm mit Saugventil 1 Ovalsauger 4x0 1 Vakuumsaugdüse 05 L 1 1 1 Vakuumsaugdüse 05 H 1 1 1 1 1 1 Druckluftspeicher 1 Rückschlagventil 1 1 Drosselventil 1 (1) Vakuummeter 1 1 1 Vakuumschalter 1 1 1 Zusätzlich werden folgende Komponenten aus dem Trainingspaket TP 01 benötigt. Geräte Aufgabe 1 3 4 5 6 Vakuumsauger (schwarz) 0mm 1 3/-Wege-Magnetventil, RS geschlossen 1 1 1 1 1 1 5/- Wege-Magnetventil als 3/ RS Offen 1 1 1 Druckregelventil 1 1 1 1 1 1 Signaleingabe, elektrisch 1 1 1 1 1 1 Relais, 3-fach 1 1 1 1 1 1 Verteilerblock 1 1 1 1 1 1 Einschaltventil mit Filterregelventil 1 1 1 1 1 1 Netzgerät 4 V DC 1 1 1 1 1 1 XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Methodische Hilfen für den Ausbilder Lernziele Das Groblernziel der vorliegenden Aufgabensammlung ist der systematische Entwurf von Schaltplänen sowie der praktische Aufbau der Steuerung auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein schneller Lernfortschritt gewährleistet. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet. Wichtige Lernziele der Nachbereitung stehen in Klammern. Elemente des Gerätesatzes Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle Aufgaben benötigen Sie nur Elemente eines Gerätesatzes der Grundstufe TP 01. Jede Aufgabe der Grundstufe kann auf einer Profilplatte aufgebaut werden. Jede Aufgabe der Grundstufe kann auf einer Profilplatte aufgebaut werden. Methodische Struktur der Aufgaben Alle Aufgaben im Teil A haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in: Titel Lernziele Problemstellung Randbedingungen Projektauftrag Arbeitsblätter Das Lehrerhandbuch enthält die Lösung zu jedem Aufgabenblatt aller Aufgaben. Bezeichnung der Geräte Die Bezeichnung der Elemente erfolgt in den Schaltplänen nach Norm DIN ISO 119-. Alle Bauteile eines Schaltkreises besitzen dieselbe Hauptkennziffer. In Abhängigkeit des Bauteiles werden Buchstaben vergeben. Mehrere Bauteile innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert. Druckstränge erhalten die Bezeichnung P und werden getrennt durchnummeriert. Antriebe: 1A1, A1, A,... Ventile: 1V1, 1V, 1V3, V1, V, 3V1,... Sensoren: 1B1, 1B,... Signaleingabe: 1S1, 1S,... Zubehör: 0Z1, 0Z, 1Z1,... Druckstränge: P1, P,... Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 XIX
Inhalte der CD-ROM Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM Ihnen weitere Medien zur Verfügung. Die CD-ROM enthält folgende Ordner: Datenblätter Demo Festo Katalog Datenblätter Die Datenblätter der Geräte des Technologiepakets stehen als pdf-dateien zur Verfügung. Demo Eine Demo-Version des Softwarepakets FluidSIM Pneumatik ist auf der CD-ROM gespeichert. Schon diese Version eignet sich zum Testen entwickelter Steuerungen. Festo Katalog Für ausgesuchte Geräte erhalten Sie Seiten aus dem Festo AG & Co. KG Katalog. Die Darstellung und Beschreibung der Geräte in dieser Form soll zeigen, wie diese Geräte in einem industriellen Katalog dargestellt sind. Zusätzlich finden sich hier ergänzende Informationen zu den Geräten. XX Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Erzeugen von Vakuum 3 Aufgabe : Auswählen von Vakuumsaugern für unterschiedliche Werkstücke 11 Aufgabe 3: Aufrecht erhalten von Vakuum beim Einsatz von mehr als einem Sauger 1 Aufgabe 4: Überwachung des Unterdrucks 9 Aufgabe 5: Einsparen von Druckluft in einem Vakuumsystem 37 Aufgabe 6: Kontrolliertes Lösen von Werkstücken bei bestehendem Vakuum 43 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 1
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Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, können Sie Unterdruck erzeugen. kennen Sie die Funktion einer Venturidüse. kennen Sie die Auswirkung des Systemdrucks auf das erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei unterschiedlichen Vakuumsaugdüsen. kennen Sie die Auswirkung von Drosselstellen auf die Unterdruckerzeugung. können Sie Vakuum regeln und einstellen. Problemstellung Es soll eine Handlingvorrichtung für unterschiedliche Werkstücke entwickelt werden. Ihre Aufgabe besteht darin, unterschiedliche Komponenten zu prüfen und die Einsatzmöglichkeiten von Vakuumtechnik für diesen Zweck auszuloten. Zuerst müssen Sie die Komponenten zur Erzeugung des Unterdrucks untersuchen. Randbedingungen Setzen Sie die Vakuumsaugdüsen des Gerätesatzes ein. Projektauftrag 1. Beschreiben Sie die Funktionsweise einer Vakuumsaugdüse.. Bauen Sie die Testschaltung auf. 3. Messen Sie das erzeugte Vakuum und die Evakuierungszeit mit unterschiedlichen Saugdüsen. 4. Zeichnen Sie die Kennlinien beider Saugdüsen. 5. Vergleichen Sie beide Vakuumsaugdüsen miteinander und beschreiben Sie die Unterschiede. 6. Nennen Sie mögliche negative Einflüsse auf die Vakuumerzeugung. Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 3
Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Funktionsweise einer Vakuum-Saugdüse nach dem Venturi-Prinzip Benennen Sie die unterschiedlichen Bestandteile und die Anschlüsse der unten abgebildeten Vakuum- Saugdüse. Tragen Sie hierzu die entsprechenden Bezeichnungen hinter die Zahlen in der Tabelle ein. Abluftanschluss, Druckluftanschluss, Fangdüse, Strahldüse, Vakuum/Saug-Anschluss 3 1 4 5 Vakuum-Saugdüse Nummer Bezeichnung 1 Druckluftanschluss Strahldüse 3 Fangdüse 4 Abluftanschluss 5 Vakuum/Saug-Anschluss Beschreiben sie die Funktionsweise der Vakuumsaugdüse nach dem Venturi-Prinzip. Vom Druckluftanschluss (1) strömt Druckluft durch eine Querschnittsverengung, die Strahldüse () der Vakuumsaugdüse. An dieser Verengung steigert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft auf Überschallgeschwindigkeit. Nach dem Austritt aus der Strahldüse expandiert die Luft und strömt durch die Fangdüse (3) über den Abluftanschluss (4) aus. Bei diesem Vorgang entsteht in der Kammer um die Strahldüse ein Unterdruck. Dieses führt zum Ansaugen von Luft im Sauganschluss (5). 4 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Messen des erzeugten Unterdrucks unterschiedlicher Vakuum-Saugdüsen Bauen Sie die Steuerung nach dem unten abgebildeten Schaltplan auf. Messen Sie bei unterschiedlichem Systemdruck den mit der Vakuumsaugdüse erreichten Unterdruck. Vergleichen Sie die beiden Vakuumsaugdüsen des Gerätesatzes. Tragen Sie die von Ihnen ermittelten Werte in die untenstehende Tabelle ein. +4 V 1 3 1V3 1 3 S1 13 1 14 4 K1 K1 1V 1Z1 14 11 1 31 S 3 1 3 1V1 K1 A1 A 1M1 1M1 1 3 0 V 11 1 31 41 1 14 4 3 34 4 44..3 Systemdruck Saugdüse VN-05-H-T3-PQ-VQ-RQ Erreichter Unterdruck (bar) Saugdüse VN-05-L-T3-PQ-VQ-RQ Erreichter Unterdruck (bar) 1 bar -0,08 0 bar -0,34-0,14 3 bar -0,54-0, 4 bar -0,7-0,3 5 bar -0,77-0,38 6 bar -0,8-0,4 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 5
Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Zeichnen der Unterdruck-Kennlinie Zeichnen Sie die Kennlinien beider Vakuum-Saugdüsen für den erreichten Unterdruck in das untenstehende Diagramm ein. p u = Unterdruck, p = Systemdruck -1,0 p U -0,8-0,7 VN-05-H-T3-PQ-VQ-RQ -0,6-0,5-0,4 VN-05-L-T3-PQ-VQ-RQ -0,3-0, -0,1 1 3 4 5 p 7 Erreichter Unterdruck in Abhängigkeit vom Betriebsdruck 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Messen der Evakuierungszeit beider Vakuum-Saugdüsen Bauen Sie die oben dargestellte Schaltung entsprechend dem unten abgebildeten Schaltplan auf. Um die Saugleistung der beiden Saugdüsen des Gerätesatzes vergleichen zu können, wird die Zeit vom Einschalten des Betriebsdrucks (6 bar) bis zum Erreichen eines festgelegten Unterdruckwerts gemessen. Hinweis: Der Druckluftbehälter wird benötigt, um eine messbare Zeitspanne bei der Evakuierung zu erzielen und simuliert damit ein größeres zu evakuierendes Vakuumsystem. Verwenden Sie zur Zeitmessung eine Uhr oder eine Stoppuhr. +4 V 1 3 1V3 1 3 S1 13 1 14 4 K1 K1 1V 1Z 14 11 1 S 31 3 1 3 1Z1 1V1 K1 A1 A 1M1 1M1 1 3 0 V 11 1 31 41 1 14. 4.3 3 34 4 44 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 7
Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Messen Sie die Evakuierungszeit für alle in der Tabelle aufgeführten Werte und tragen Sie die Evakuierungszeit für beide Saugdüsen in die untenstehende Tabelle ein. Stellen Sie hierzu den Systemdruck auf 6 bar ein. Unterdruck (bar) Saugdüse VN-05-H-T3-PQ-VQ-RQ Evakuierungszeit (s) Saugdüse VN-05-L-T3-PQ-VQ-RQ Evakuierungszeit (s) -0,1 bar 0,4 - -0, bar 0,8 0,4-0,3 bar 1,0 0,8-0,4 bar 1,8,0-0,5 bar,4 Max. -0,44 bar -0,6 bar 3,5-0,7 bar 5,8-0,8 bar 10,0 Tragen Sie die ermittelten Evakuierungszeiten in die untenstehende Grafik ein und zeichnen Sie die Kennlinien für beide Saugdüsen ein. 10 VN-05-H-T3-PQ-VQ-RQ t (s) 6 4 VN-05-L-T3-PQ-VQ-RQ 0 0-0, -0,4 p U -0,8 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757
Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Vergleich der Vakuumsaugdüsen Beschreiben Sie die Unterschiede der beiden eingesetzten Vakuum-Saugdüsen und ihre jeweiligen Vorteile für die Vakuumerzeugung. Saugdüse VN-05-H-T3-PQ-VQ-RQ: Dieser Typ von Saugdüse erreicht ein höheres Vakuum. Dieses maximale Vakuum wird schon bei einem niedrigen Systemdruck erreicht. Die Saugdüse benötigt jedoch eine signifikant höhere Evakuierungszeit als der Vergleichstyp. Dieser Typ sollte dann eingesetzt werden, wenn die Sauggreifer höhere Haltekräfte aufbringen müssen um z.b. schwere Lasten sicher zu halten. Saugdüse VN-05-L-T3-PQ-VQ-RQ: Diese Saugdüse erreicht ein vergleichsweise niedriges Vakuum als die Vergleichsdüse (~50%) Für das maximale erreichbare Vakuum wird ein hoher Systemdruck benötigt. Im Gegensatz dazu benötigt sie eine sehr geringe Evakuierungszeit um den Unterdruck herzustellen. Diese Saugdüse wird eingesetzt, wenn ein größeres Vakuumsystem schnell evakuiert werden soll. Die Saugdüsen vom Typ L haben ihren optimalen Einsatz dort, wo ein geringeres Vakuum und/oder kurze Taktzeiten benötigt werden. Einflüsse auf die Vakuumerzeugung Welche sonstigen Einflüsse, neben der Veränderung des Systemdrucks und der Größe des zu evakuierenden Systems, können die Erzeugung von Unterdruck mit einer Vakuum-Saugdüse negativ beeinflussen? Schreiben Sie diese auf. Lange oder verengte Schlauchverbindung zwischen Ejektor und Sauger. Lange oder verengte Druckluftleitung zum Ejektor. Verschmutzter oder verstopfter Schalldämpfer. Verteilerstücke und Winkelverbindungen in den Unterdruckleitungen Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757 9
Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum Einfluss von Verengungen auf die Vakuumerzeugung Um Verengungen oder andere ungünstige Verhältnisse in den Druckluft oder Vakuumleitungen zu simulieren wird in die entsprechende Leitung ein Drosselventil eingebaut. Durch Schließen der Drossel kann so eine Verengung simuliert werden. Stellen sie die Drossel einmal auf einen bestimmten Drosselungsgrad ein und verändern Sie diese Einstellung während des gesamten Versuchs nicht. Simulieren Sie die in der Tabelle aufgelisteten Einflüsse in Bezug auf die Höhe des Vakuums und die Evakuierungszeit Einfluss Vakuumsaugdüse (H-Typ) Vakuumsaugdüse (L-Typ) Verschmutzter Schalldämpfer Drosselstelle zwischen Vakuumsaugdüse und Schalldämpfer Evakuierungszeit: Max. Vakuum Evakuierungszeit: Max. Vakuum Knick der Vakuumleitung zwischen Sauger und Vakuummeter und Vakuumsaugdüse und Vakuummeter Drossel in der Druckluftleitung Drosselstelle zwischen Druckregel- bzw. Wegeventil und Vakuumsaugdüse Besteht ein Knick an einer der beiden Stellen, bricht das Vakuum am Sauger ab. Befindet sich der Knick zwischen Vakuummeter und dem Sauger wird das Vakuum jedoch weiterhin angezeigt Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto kleiner wird das erreichte Vakuum Besteht ein Knick an einer der beiden Stellen, bricht das Vakuum am Sauger ab. Befindet sich der Knick zwischen Vakuummeter und dem Sauger wird das Vakuum jedoch weiterhin angezeigt Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto kleiner wird das erreichte Vakuum Drossel in der Vakuumleitung Drosselstelle zwischen Umgebungsdruck und Vakuumsaugdüse mit Vakuummeter dazwischen. Simuliert poröses Werkstück. Messen Sie die Evakuierungszeit bis zum Erreichen des maximalen Vakuums (mit Druckluftbehälter) bei unterschiedlicher Länge der Vakuumleitung Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto kleiner wird das erreichte Vakuum Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto kleiner wird das erreichte Vakuum 10 cm 15 s 3 s 100 cm s 5 s 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG 56757