Pneumatikzylinder Vollhubzeit & Geschwindigkeit

Pneumatikzylinder sind in Industrie- und Automatisierungsanwendungen weit verbreitet, um Druckluft in lineare Bewegung umzuwandeln. Geschwindigkeit und Vollhubzeit sind kritische Faktoren für die Leistung eines Pneumatikzylinders; sie beeinflussen maßgeblich seine Effizienz und Produktivität. Verschiedene Faktoren wie Größe und Typ des Zylinders, Luftdruck und Last beeinflussen die Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders. Dieser Artikel behandelt die Auswahl eines Pneumatikzylinders auf der Grundlage seiner vollen Hubzeit und der verschiedenen Faktoren, die sich auf seine Geschwindigkeit auswirken, und gibt Einblicke in die Optimierung der Zylinderleistung. Lesen Sie unseren Übersichtsartikel über Pneumatikzylinder, um mehr über den Aufbau und die Funktionsweise von Pneumatikzylindern zu erfahren.

Inhaltsübersicht

• Volle Hubzeit
• Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders
• Geschwindigkeit vs. Bohrungsgröße in einem Pneumatikzylinder
• Ideales Geschwindigkeitsprofil
• Hub des Pneumatikzylinders in Abhängigkeit von der Zeit
• Wie man die Geschwindigkeit von Pneumatikzylindern kontrolliert
• Pneumatik-Zylinder mit Dämpfung
• Beispiel
• FAQs

Volle Hubzeit

Die Vollhubzeit eines Pneumatikzylinders ist die Zeit, die der Zylinder benötigt, um sich von der vollständig ausgefahrenen in die vollständig eingefahrene Position oder umgekehrt zu bewegen. Bei der Schätzung der Vollhubzeit werden Faktoren wie die Bohrungsgröße des Zylinders, die Hublänge, der Luftdruck und die Last berücksichtigt; sie ist ein weit verbreiteter Parameter für die Auswahl eines Pneumatikzylinders.

Berechnung und Einstellung der Geschwindigkeit

Der Benutzer kann die Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders abschätzen, indem er die Hublänge der Kolbenstange durch die Zykluszeit dividiert. Diese Berechnung vermittelt eine Vorstellung von der Geschwindigkeit, mit der die Kolbenstange des Zylinders bei jedem Zyklus auf ein Objekt einwirkt. Wird z. B. ein Pneumatikzylinder mit einer Hublänge von 100 mm verwendet, um alle 1 Sekunde eine Last zu betätigen, so erzeugt der Zylinder eine Hubendgeschwindigkeit von 100 mm/s.

Um die Hubzeit zum Bewegen eines Objekts zu verkürzen, kann der Benutzer die Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders mit den später in diesem Artikel beschriebenen Techniken erhöhen. Wenn die Geschwindigkeit ihr Maximum erreicht hat und die Hubzeit nicht weiter reduziert werden kann, kann dies ein Hinweis darauf sein, den Zylinder zu wechseln.

Beispiel

Stellen Sie sich vor, ein Objekt wird innerhalb von 2 Sekunden bei beiden Hüben des Pneumatikzylinders um 300 mm bewegt. Berechnen Sie die für den Zylinder erforderliche Geschwindigkeit.

Geschwindigkeit = Entfernung / Zeit

Geschwindigkeit = 300 mm / 2 s = 150 mm / s

Wählen Sie daher einen Pneumatikzylinder, der mit einer Geschwindigkeit von 150 mm/s arbeitet.

Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders

Die Hubendgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Kolbens, wenn er das Ende seines Hubs oder eine beliebige Position erreicht. Diese Geschwindigkeit wird von mehreren Faktoren beeinflusst, u. a. von der zu bewegenden Last, dem angelegten Luftdruck, der Länge und dem Durchmesser der den Zylinder und das Steuerventil verbindenden Schläuche sowie der Durchflussmenge des Steuerventils. Im Allgemeinen kann ein Standardzylinder eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 0,1 bis 1,5 Metern pro Sekunde erreichen.

Für die Berechnung der Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders gilt die folgende allgemeine Formel:

• V: Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders (m/s)
• Q Durchflussmenge (^m3/s)
• A: Fläche des Kolbens (^m2)

Verwenden Sie die folgende Gleichung, wenn die Durchflussmenge in CFM (Kubikfuß/min) und die Kolbenfläche in Quadratzoll angegeben ist. Die Konstante 28,8 berücksichtigt die Umrechnungsfaktoren von Fuß zu Zoll und von Minuten zu Sekunden. Die resultierende Geschwindigkeit wird in Zoll/Sekunde angegeben.

• V: Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders (in/s)
• Q Volumendurchsatz (CFM, Kubikfuß/min)
• A: Kolbenfläche (Quadratzoll)

Die effektive Kolbenfläche kann mit der Formel berechnet werden:

• d: Kolbendurchmesser (in)

Beispiel

Berechnen Sie die Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders mit einer Kolbenfläche von 0,3 Quadratmetern und einer Durchflussmenge von 100 Kubikmetern/s.

Q = 100 Kubikmeter/s

A = 0,3 Quadratmeter

V = 100/0,3 = 333,3 m/s

Geschwindigkeit vs. Bohrungsgröße in einem Pneumatikzylinder

Bei zwei gleich langen Pneumatikzylindern arbeitet derjenige mit dem kleineren Bohrungsdurchmesser schneller als derjenige mit dem größeren. Dies liegt daran, dass Zylinder mit kleinerem Durchmesser weniger Druckluft benötigen und schneller von der Luftpumpe gefüllt werden können. Außerdem wirkt sich der mechanische Widerstand des Zylinders auf seine Geschwindigkeit aus. Es wird empfohlen, einen Zylinder zu wählen, der 50 % mehr Kraft aufnehmen kann, als zum Erreichen hoher Geschwindigkeiten erforderlich ist. Abbildung 2 zeigt das Geschwindigkeitsdiagramm für Pneumatikzylinder, in dem die Zylindergeschwindigkeit mit der Bohrungsgröße verglichen wird. Das Diagramm geht von optimalen Bedingungen aus, d. h. konstante Luftzufuhr, keine Last, keine Beschleunigung, und die tatsächliche Arbeitsgeschwindigkeit kann niedriger sein.

Ideales Geschwindigkeitsprofil

Um die Maschinenleistung zu maximieren, müssen die Zylinder mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden, ohne dass es zu Fehlfunktionen kommt. Dies bedeutet, dass der Zylinder über einen möglichst großen Teil seines Hubs mit maximaler Geschwindigkeit betrieben wird (Abbildung 3, Markierung A), mit konstanter Beschleunigung und Verzögerung an jedem Ende des Hubs (Abbildung 3, Markierung B). Die Verzögerungsphase sorgt dafür, dass der Zylinder ohne Stoßbelastung an der Endkappe anhält.

Stoßbelastungen in Pneumatikzylindern treten auf, wenn der Zylinder und die sich bewegende Last bei hohen Geschwindigkeiten in Kontakt kommen, was zu einer plötzlichen Krafteinwirkung auf den Zylinder führt. Dies kann passieren, wenn der Zylinder das Ende seines Hubs erreicht oder wenn ein plötzlicher Stopp oder eine Umkehrung auftritt, wodurch der Zylinder und andere Komponenten im System, wie z. B. Ventile und Armaturen, beschädigt werden. Die konstante Beschleunigung sollte zu Kräften führen, die für die Arbeitslast des Zylinders nach dem Newtonschen Gesetz (F = ma) sicher sind.

Hub des Pneumatikzylinders in Abhängigkeit von der Zeit

Abbildung 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Hublänge des Pneumatikzylinders und der Zeit.

• A: Die Zeit, die die Kolbenstange benötigt, um einen vollen Hub auszuführen
• B: Geschwindigkeitsdiagramm eines pneumatischen Zylinders
• C: Darstellung der Hublänge des Pneumatikzylinders
• D: Die Geschwindigkeit am Hubende

Wie man die Geschwindigkeit von Pneumatikzylindern kontrolliert

Die Steuerung der Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders ist für einen sicheren und effizienten Betrieb unerlässlich. Zur Steuerung der Reaktionszeit des Pneumatikzylinders können mehrere Komponenten verwendet werden. Diese Komponenten verlangsamen den Luftstrom in einer Richtung. Wird also nur eine dieser Komponenten in einem doppelt wirkenden Pneumatikzylinder verwendet, so ist der Zylinder in der einen Richtung schnell, in der anderen aber langsam. Durch die Verwendung der Durchflussregelung an beiden Zylinderanschlüssen wird die Geschwindigkeit in beide Richtungen verringert. Um die benötigte Zeit zu ermitteln, sind Experimente mit der realen Anwendung erforderlich, da sie aufgrund von Widerstand und Reibung variiert.

• Einstellen des Luftdrucks: Die Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders ist direkt proportional zum Luftversorgungsdruck. Um die Geschwindigkeit zu verringern, senken Sie den Luftzufuhrdruck und umgekehrt.
• Hinzufügen eines Durchflussregelventils: Durch den Einbau eines Stromregelventils in die Luftzufuhrleitung des Pneumatikzylinders kann der Luftstrom und damit die Geschwindigkeit des Zylinders geregelt werden. Das Ventil kann so eingestellt werden, dass es mehr oder weniger Luftstrom zulässt.
• Implementieren Sie einen Restriktor: Pneumatikzylinder sind in der Regel mit einem Drosselventil oder einer Drossel ausgestattet, um die Geschwindigkeit der Kolbenbetätigung und/oder des Rückzugs zu steuern. Um zum Beispiel einen Pneumatikzylinder zu verlangsamen, kann der Benutzer den Ventilausgang schließen, um den Luftstrom aus dem Zylinder zu drosseln. Öffnen Sie in gleicher Weise das Ventil, um den Zylinder zu beschleunigen.
• Verwenden Sie einen Druckregler: Ein in der Luftzufuhrleitung installierter Druckregler reguliert den Luftdruck und damit die Geschwindigkeit des Zylinders. Stellen Sie den Regler so ein, dass ein bestimmter Druck aufrechterhalten wird, der die Geschwindigkeit des Zylinders steuert.
• Verwenden Sie elektronische Kontrollen: Elektronische Steuerungen, wie z. B. ein elektronischer Geschwindigkeitsregler, können zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders verwendet werden. Das Steuergerät kann so programmiert werden, dass es den Druck der Luftzufuhr, die Durchflussmenge oder die Einstellung der Drossel reguliert, um die Geschwindigkeit des Zylinders zu steuern.

Es gibt einige Probleme bei der Verwendung zusätzlicher Komponenten mit pneumatischen Zylindern, um deren Geschwindigkeit manuell zu steuern.

• Für jeden Zylinder sind in der Regel einige Minuten für die Einstellung während der Installation und Einrichtung erforderlich. Wenn eine Maschine jedoch viele Zylinder hat, kann sich die Zeit, die für die Einstellung jedes einzelnen Zylinders aufgewendet wird, erheblich summieren.
• Einstellbare Ventile sind anfällig für menschliche Fehler, die zu einer Überlastung der Maschine und ungeplanten Wartungsarbeiten führen können.
• Der Einstellvorgang muss bei jeder Änderung der Betriebsbedingungen wiederholt werden, was mühsam und fehleranfällig sein kann. Wenn sich die Bedingungen ständig ändern, kann es unmöglich sein, eine optimale Geschwindigkeit für den Zylinder beizubehalten.

Im Allgemeinen kann die Fähigkeit eines Pneumatikzylinders, seine Position, Geschwindigkeit und Kraft konstant beizubehalten, durch verschiedene Wartungsfaktoren wie verschlissene Dichtungen, Lecks, Druckabfall und Spitzen im Druckluftsystem beeinträchtigt werden. Diese Faktoren machen es oft schwierig, eine zuverlässige und konsistente Leistung zu erzielen.

Pneumatik-Zylinder mit Dämpfung

Die Dämpfung erfolgt durch Verringerung der Geschwindigkeit des Kolbens, wenn er sich dem Ende seines Hubs nähert. Pneumatikzylinder können jetzt mit einem innovativen Autodämpfungssystem ausgestattet werden, das sich automatisch an veränderte Bedingungen anpasst, so dass keine manuellen Einstellungen mehr erforderlich sind. In unserem Artikel über die Dämpfung von Pneumatikzylindern finden Sie weitere Informationen über die Funktionsweise und die Arten der Dämpfung von Pneumatikzylindern.

Beispiel

Nehmen wir an, ein Objekt wird mit einem Pneumatikzylinder um 500 mm bewegt. Der Benutzer möchte das Objekt beim Ausfahren in 1 Sekunde und beim Zurückfahren in 5 Sekunden über die Strecke bewegen.

Für den verlängerten Hub muss sich das Objekt in 1 Sekunde 500 mm bewegen, also beträgt die erforderliche Durchschnittsgeschwindigkeit:

500 mm / 1 s = 500 mm/s

Für den Rückhub muss das Objekt in 5 Sekunden 500 mm zurückgelegt werden, so dass die erforderliche Durchschnittsgeschwindigkeit beträgt:

500 mm / 5 s = 100 mm/s

Um diesen unterschiedlichen Geschwindigkeitsanforderungen gerecht zu werden, wählen Sie einen Pneumatikzylinder, der in einem Geschwindigkeitsbereich von mindestens 100 mm/s bis 500 mm/s arbeiten kann.

Da sowohl das Ausfahren als auch das Einfahren gesteuert werden muss, sollte ein doppelt wirkender Pneumatikzylinder verwendet werden. Dieser Zylinder hat zwei Anschlüsse, einen zum Ausfahren und einen zum Einfahren. Wenn beide Anschlüsse an dieselbe Druckquelle angeschlossen werden, arbeitet der Zylinder in beiden Richtungen mit demselben Druck.

Um die Geschwindigkeit des Zylinders während des Rückhubs zu steuern, verwenden Sie ein Durchflussregelventil, um den Luftstrom in den und aus dem Zylinder zu regulieren; dadurch kann der Benutzer die Geschwindigkeit des Kolbens einstellen. Durch Einstellen des Stromregelventils können Sie sicherstellen, dass der Zylinder bei jedem Hub innerhalb des erforderlichen Geschwindigkeitsbereichs arbeitet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Ventil am Ausgang des Zylinders zu drosseln.

In unseren Artikeln zu ISO 15552, ISO 6432 und ISO 21287 finden Sie weitere Informationen zu den Konstruktionsmerkmalen von Pneumatikzylindern für verschiedene ISO-Normen.

FAQs

Wie berechnet man die Geschwindigkeit von Pneumatikzylindern?

Die Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders ist gegeben durch V = 28,8×Q/A, wobei V die Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders (in/s), Q der Volumendurchsatz (CFM) und A die Kolbenfläche (Quadratzoll) ist.

Ist die Geschwindigkeit eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders die gleiche wie die eines einfachwirkenden?

Im Vergleich zu einfach wirkenden Zylindern bieten doppelt wirkende Zylinder eine höhere Geschwindigkeit und eine höhere Kraftleistung.