Wie man einen Pneumatikzylinder auswählt

Pneumatikzylinder sind entscheidend für viele industrielle Systeme, da sie lineare Bewegung und Kraft für verschiedene Anwendungen bereitstellen. Die Wahl des richtigen Pneumatikzylinders für eine spezifische Anwendung ist entscheidend, um optimale Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Dieser Artikel behandelt die Schlüsselfaktoren, die bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders zu berücksichtigen sind.

Häufige Fehler bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders

Tabelle 1: Häufige Fehler bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders und wie man sie vermeidet

Beschreibung	Wie man es vermeidet	Folgen
Nichtberücksichtigung von Faktoren wie Lastmasse, Hubweg und Betriebsumgebung	Sorgfältige Bewertung aller Anwendungsspezifika vor der Auswahl	Schlechte Leistung, vorzeitiger Ausfall oder Unfähigkeit, die Aufgabe zu erfüllen
Wahl eines Zylinders mit unzureichender Kraftausgabe	Sicherstellen, dass die Kraftausgabe des Zylinders mindestens doppelt so hoch ist wie die erforderliche Last	Der Zylinder kann stehen bleiben oder sich zu langsam bewegen, was zu Prozessineffizienzen führt
Nichtberechnung der erforderlichen Betätigungsgeschwindigkeit	Erforderliche Geschwindigkeit bestimmen und Zylinderspezifikationen überprüfen	Lange Zykluszeiten, reduzierte Produktivität oder Unfähigkeit, Prozessanforderungen zu erfüllen
Versäumnis, die Luftversorgung und den Verbrauch zu berücksichtigen	Luftverbrauch berechnen und ausreichende Versorgung sicherstellen	Systemdruckabfälle, inkonsistenter Betrieb oder vollständiger Ausfall bei Spitzenlast
Auswahl von Zylindern, die zu groß oder zu klein für die Anwendung sind	Zylindergröße an die Anwendungsanforderungen und Platzbeschränkungen anpassen	Verschwendung von Energie, erhöhte Kosten oder physische Beeinträchtigung anderer Geräte
Wahl von Zylindern mit inkompatiblen Befestigungskonfigurationen	Berücksichtigen, wie der Zylinder an angrenzende Geräte angeschlossen wird	Schwierige Installation, Fehlausrichtung oder Unfähigkeit, den Zylinder ordnungsgemäß zu sichern
Nichtberücksichtigung von Temperatur-, Korrosions- oder Sauberkeitsanforderungen	Geeignete Materialien und Dichtungen für die Betriebsumgebung auswählen, die die Betriebstemperatur ohne Ausfall tolerieren können	Beschleunigter Verschleiß, Kontamination oder vorzeitiger Ausfall unter rauen Bedingungen
Versäumnis, den Endanschlag zu berücksichtigen	Bewerten, ob eine Dämpfung erforderlich ist, um mechanische Schäden zu verhindern	Lauter Betrieb, übermäßige Vibrationen oder Schäden an Zylinderendkappen und angrenzenden Geräten
Wahl von nicht reparierbaren Zylindern für Schwerlastanwendungen	Reparierbare Zylinder für Anwendungen auswählen, die häufige Wartung erfordern	Höhere langfristige Kosten, erhöhte Ausfallzeiten für Ersatz oder verkürzte Lebensdauer der Ausrüstung
Nichtberücksichtigung der Positionssensorik	Magnetische Zylinder wählen, wenn eine Positionsrückmeldung erforderlich ist	Mangel an präziser Steuerung, Unfähigkeit zur Automatisierung von Prozessen oder Sicherheitsprobleme in kritischen Anwendungen

Wie man einen Pneumatikzylinder auswählt

Die Auswahl eines Pneumatikzylinders erfordert eine klare Definition der Leistungsspezifikationen des Systems, wie z. B. Tragfähigkeit, Hubweg, Betriebsgeschwindigkeit und maximaler Betriebsdruck und -temperatur. Die wichtigsten Faktoren, die während des Auswahlprozesses zu berücksichtigen sind, werden im Folgenden erörtert.

1. Formfaktor und ISO-Standards
2. Pneumatikzylindertyp
3. Kraft und Bohrungsgröße
4. Hubweg
5. Dämpfung
6. Montageoptionen
7. Geschwindigkeit

Lesen Sie unseren Überblick über Pneumatikzylinder für weitere Informationen über den Aufbau, die Funktionsweise und die Arten von Pneumatikzylindern. Unser Pneumatik-Glossar bietet eine Referenz für Begriffe im Zusammenhang mit pneumatischen Systemen.

1. Formfaktor und ISO-Standards

Der Formfaktor eines Pneumatikzylinders bezieht sich auf seine physische Größe, Form und Abmessungen. Er umfasst Faktoren wie:

• Zylindertyp
• Bohrungsgröße
• Hubweg
• Montagestil
• Gesamtform

Der Formfaktor eines Pneumatikzylinders bestimmt, ob der Zylinder in den verfügbaren Raum der Anwendung passt und ob er die Last effektiv bewegen kann. Wenn der Zylinder zu klein oder zu groß ist, kann er möglicherweise nicht die erforderliche Kraft oder Geschwindigkeit aufbringen, um die Last zu bewegen, oder er passt möglicherweise nicht in den verfügbaren Raum. Ein Pneumatikzylinder, der einem Standard entspricht, kann bei Bedarf leicht zwischen Marken ausgetauscht werden. Diese Standards definieren die Abmessungen, die Leistung und die Prüfanforderungen von Pneumatikzylindern. Zu den gängigen Zylindern gehören Rundkörper-, Kompakt- und Führungszylinder.

• Pneumatische ISO 15552 Zylinder (32 - 320 mm): Diese Pneumatikzylinder folgen ISO 15552 für Profilzylinder mit Durchmessern von 32 - 320 mm. Optionen umfassen einfachwirkende und doppeltwirkende Zylinder mit verschiedenen Konfigurationen für Stangendurchmesser, Hubweg, Kraft, Druck, Magnetkolben und einstellbare Dämpfung.
• Pneumatische Rundzylinder (32 - 63 mm): Rundkörperzylinder haben eine zylindrische Form und sind eine der häufigsten Pneumatikzylinder. Sie sind in verschiedenen Bohrungsgrößen und Hubwegen erhältlich und können hohe Kraft und Geschwindigkeit bieten. Diese Zylinder sind für verschiedene Anwendungen geeignet und in unterschiedlichen Konfigurationen für Stangendurchmesser, Hubweg, Kraft und Druck erhältlich.
• Pneumatische ISO 21287 Kompaktzylinder (20-100 mm): ISO 21287 pneumatische Kompaktzylinder haben Durchmesser von 20-100 mm. Sie sind kleiner als Rundkörperzylinder und ideal für Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist. Sie haben eine kürzere Hublänge und eine kleinere Bohrungsgröße als Rundkörperzylinder. Kompaktzylinder können entweder einfachwirkend oder doppeltwirkend sein und werden häufig in Automatisierungs- und Robotikanwendungen eingesetzt.
• Pneumatische stangenlose Zylinder: Stangenlose Zylinder bieten lineare Bewegung, wobei die Last neben dem Kolben bewegt wird. Dies bietet den Hauptvorteil, die gleiche Hubweite auf deutlich weniger Raum zu haben. Stangenlose Zylinder werden häufig in der Materialhandhabung, beim Laden, Heben, Schneiden von Bahnen und anderen Anwendungen eingesetzt.
• Pneumatische ISO 6432 Mini-Zylinder (8 - 25 mm): Pneumatikzylinder, die ISO 6432 für Rundzylinder (Mini-Zylinder) folgen, haben Durchmesser im Bereich von 8 - 25 mm.
• Führungszylinder: Führungszylinder haben zusätzliche Führungselemente, die helfen, das Biegen oder Verdrehen der Kolbenstange während des Betriebs zu verhindern. Sie sind für Anwendungen geeignet, bei denen die Gefahr besteht, dass die Kolbenstange seitlichen Kräften ausgesetzt wird. Führungszylinder können entweder Rundkörper oder Kompakt sein und werden häufig in Pick-and-Place-Operationen und der Materialhandhabung eingesetzt.

2. Pneumatikzylindertyp

Es gibt verschiedene Arten von Pneumatikzylindern, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen. Die drei häufigsten Typen sind einfachwirkende, doppeltwirkende und stangenlose Zylinder.

• Einfachwirkende Zylinder verwenden Druckluft, um die Kolbenstange zu verlängern oder einzuziehen, und eine Feder oder eine andere äußere Kraft, um die Kolbenstange in ihre ursprüngliche Position zurückzubringen.
• Doppeltwirkende Zylinder verwenden Druckluft, um die Kolbenstange zu verlängern und einzuziehen.

Lesen Sie unseren Artikel über einfachwirkende vs doppeltwirkende Pneumatikzylinder für weitere Informationen zu den Merkmalen der einzelnen Typen.

3. Kraft und Bohrungsgröße

Ein Pneumatikzylinder muss genügend Kraft erzeugen, um die Last zu bewegen. Verwenden Sie die Formel F = m × a, um die Kraft zu berechnen, die erforderlich ist, um ein Objekt mit der Masse 'm' mit einer Beschleunigung von 'a' zu bewegen. Es ist wichtig, diese Berechnung sowohl für den Ein- als auch den Ausfahrhub durchzuführen und einen Pneumatikzylinder mit einer Kraftbewertung leicht über der berechneten Kraft zu wählen.

Die Wahl der richtigen Bohrungsgröße ist entscheidend, um sicherzustellen, dass der Zylinder genügend Kraft für die Anwendung bereitstellen kann. Die Auswahl eines überdimensionierten Zylinders kann aufgrund seiner größeren Größe zu erhöhten Kosten führen, während ein unterdimensionierter Zylinder möglicherweise nicht in der Lage ist, die beabsichtigte Last zu bewegen. Eine allgemeine Faustregel ist, eine Bohrungsgröße zu wählen, die 1,5 bis 2 Mal den Durchmesser der zu bewegenden Last beträgt. Lesen Sie unseren Artikel über den Pneumatikzylinder-Kraftrechner für weitere Informationen zu den Kraftberechnungen in einfachwirkenden und doppeltwirkenden Pneumatikzylindern.

4. Hubweg

Hubweg ist die Strecke, die der Kolben linear zurücklegt, wenn er durch Druckluft betätigt wird. Um eine Last 1 Meter hoch zu heben, sollte der Hubweg des Zylinders mindestens 1 Meter betragen, damit er die Last vom Ausgangspunkt bis zum Ende bewegen kann. Die korrekte Schätzung des Hubwegs ist entscheidend, da der Zylinder teurer werden kann, wenn der Hubweg zunimmt. Ein Zylinder mit einem zu kurzen Hubweg kann die Last nicht an die beabsichtigte Position bewegen. Andererseits kann ein zu langer Hubweg die Zielposition überschreiten, und eine schwere Last, die am Ende eines vollständig ausgefahrenen Kolbens platziert wird, kann zu Kolbenbelastung und -biegung führen.

5. Dämpfung

Die Dämpfung verlangsamt die Bewegung des Zylinders am Ende des Hubs, um Schäden zu verhindern. Es gibt verschiedene Arten von Dämpfungen, wie Stoßdämpfer, mechanische und einstellbare Dämpfungen, unter anderem.

• Stoßdämpfer: Stoßdämpfer sind externe Geräte, die kinetische Energie absorbieren und Aufprallkräfte reduzieren. Sie sind für Anwendungen mit schweren Lasten und hohen Aufprallkräften geeignet, erfordern jedoch zusätzlichen Platz und Befestigungsmöglichkeiten.
• Mechanische Dämpfung: Mechanische Dämpfung ist ein eingebauter Elastomer innerhalb des Zylinders und bietet eine konsistente Dämpfung. Es ist eine einfache und zuverlässige Option, die für Anwendungen mit moderaten Aufprallkräften und begrenztem Platz geeignet ist.
• Einstellbare Dämpfung: Einstellbare Dämpfung ermöglicht eine präzise Kontrolle über Verzögerung und Aufprallkräfte. Sie bietet Anpassungsmöglichkeiten und Flexibilität, kann jedoch komplexer sein als mechanische Dämpfung oder Stoßdämpfer.

Lesen Sie unseren Artikel über Pneumatikzylinder-Dämpfung für eine eingehendere Analyse der einzelnen Dämpfungstypen.

6. Montageoptionen

Der Montagestil des Pneumatikzylinders hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie dem verfügbaren Platz und der Richtung der Last. Pneumatikzylinder können auf verschiedene Arten montiert werden, wie Gabelkopf, Zapfen, Flansch und Fußmontage.

• Gabelkopfmontage: Eine Gabelkopfmontage befestigt die Gabel (eine U-förmige Halterung am Ende des Zylinders) des Zylinders an der Maschine oder dem System. Gabelkopfmontagen sind für Anwendungen geeignet, bei denen die Last in Zug oder Druck ist und der Zylinder sich in einer geraden Linie bewegen muss.
• Zapfenmontage: Zapfenmontagen verwenden eine Zapfenhalterung, um den Zylinder an der Maschine oder dem System zu befestigen. Zapfenmontagen sind für Anwendungen geeignet, bei denen die Last außermittig ist oder der Zylinder schwenken muss.
• Flanschmontage: Flanschmontagen verwenden eine Flanschhalterung, um den Zylinder an der Maschine oder dem System zu befestigen. Flanschmontagen werden häufig in Anwendungen verwendet, bei denen der Zylinder fixiert werden muss.
• Fußmontage: Eine Fußmontage befestigt den Zylinder mit Bolzen oder Schrauben an der Unterseite und sichert den Zylinder an einer flachen Oberfläche der Maschine oder des Systems. Fußmontagen werden typischerweise verwendet, wenn die Last vertikal ist und der Zylinder ohne seitliche Bewegung platziert werden muss.

7. Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit eines Pneumatikzylinders ist sein Hubweg geteilt durch die Zeit, die benötigt wird, um die Last an die Endposition zu bewegen. Berücksichtigen Sie die Anforderungen der Anwendung bei der Auswahl der Geschwindigkeit; zum Beispiel langsamere Geschwindigkeit für Montageaufgaben und höhere Geschwindigkeit für Verpackungsprozesse. Die Geschwindigkeit des Pneumatikzylinders kann durch Anpassung des Luftversorgungsdrucks, Installation eines Durchflussregelventils und Verwendung elektronischer Steuerungen oder eines Druckreglers gesteuert werden. Lesen Sie unseren Artikel über Reaktionszeit und Geschwindigkeit von Pneumatikzylindern für weitere Details zur Geschwindigkeit von Pneumatikzylindern und den verschiedenen Faktoren, die sie steuern.

Beispiel

Betrachten Sie eine Anwendung, bei der ein Pneumatikzylinder verwendet wird, um eine Last von 1000 kg zu heben, die auf eine Höhe von 2 Metern in 2 Sekunden gehoben werden muss. Der Zylinder wird vertikal montiert, und die Last wird an der Kolbenstange befestigt. Der Zylinder wird mit Druckluft bei einem Druck von 7 bar betrieben.

Auswahl eines geeigneten Pneumatikzylinders

1. Zylindertyp und ISO-Standard: Ein einfachwirkender Zylinder ist für diese Anwendung geeignet, da er nur in eine Richtung verlängert werden muss, um die Last zu heben. Ein doppeltwirkender Zylinder kann ebenfalls verwendet werden, wäre jedoch komplexer und teurer. Um Kompatibilität und Austauschbarkeit zu gewährleisten, wird empfohlen, einen Zylinder zu wählen, der den ISO 6431 oder ISO 15552 Standards entspricht.
2. Hubweg: Der erforderliche Hubweg ist die Strecke, die die Last gehoben werden muss, also 2 Meter.
3. Kraft:

Kraft = ma

Die Beschleunigung ist die Ableitung der Vollhubgeschwindigkeit (v/t) oder ((L/t)/t)

a = 0,5 m/s²

Kraft = 1000 ✕ 0,5 = 500 N

Der Zylinder sollte in der Lage sein, mindestens 500 N zu erzeugen, um die Last zu bewegen.

4. Montageoptionen: Da der Zylinder vertikal montiert wird, wäre eine geeignete Montageoption eine Gabelkopf- oder Zapfenmontage.
5. Dämpfung: Wählen Sie eine Stoßdämpferdämpfung, da die Anwendung eine erhebliche Last und relativ schnelle Bewegung beinhaltet.
6. Geschwindigkeit:

Geschwindigkeit = Hubweg / Hebezeit = 2/2 = 1 m/s.

Der Zylinder sollte in der Lage sein, die Last mit einer Mindestgeschwindigkeit von 1 m/s zu heben.

Basierend auf den obigen Berechnungen wäre ein geeigneter Pneumatikzylinder für diese Anwendung ein einfachwirkender ISO 6431 oder ISO 15552 Standardzylinder mit einer Nennkraft von mindestens 500 N, einem Mindesthubweg von 2 m und einer Nenn-Geschwindigkeit von 1 m/s. Der Zylinder kann mit einer Gabelkopf- oder Zapfenmontage montiert werden.

FAQs

Welche Faktoren sollte ich bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders berücksichtigen?

Berücksichtigen Sie die Bohrungsgröße, den Hubweg, den Betriebsdruck und den Montagestil des Zylinders. Zusätzlich sollten auch der Anwendungstyp und die Lastanforderungen berücksichtigt werden.

Wie bestimme ich die Bohrungsgröße eines Pneumatikzylinders für meine Anwendung?

Wählen Sie die Bohrungsgröße des Pneumatikzylinders basierend auf der erforderlichen Kraft, um die Last zu bewegen, dem verfügbaren Luftdruck und der erforderlichen Betriebsgeschwindigkeit.

Welche Faktoren beeinflussen die Größen von Linearantrieben für verschiedene Anwendungen?

Die Größen von Linearantrieben werden durch Faktoren wie Tragfähigkeit, Hubweg, Geschwindigkeitsanforderungen und die spezifischen Umgebungsbedingungen der Anwendung beeinflusst.

Wie dimensioniert man Linearantriebe?

Um einen Linearantrieb zu dimensionieren, bestimmen Sie die Lastanforderungen, den Hubweg, die Geschwindigkeit, die Energiequelle und den Antriebstyp, und konsultieren Sie dann die Herstellerspezifikationen, um sicherzustellen, dass er den Anforderungen der Anwendung entspricht.