Wie man einen Pneumatikzylinder auswählt
Abbildung 1: Pneumatikzylinder
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 wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders zu berücksichtigen sind.
Inhaltsverzeichnis
- Häufige Fehler bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders
- Wie man einen Pneumatikzylinder auswählt
- Beispiel
- FAQs
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Häufige Fehler bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders
Tabelle 1: Häufige Fehler bei der Auswahl eines Pneumatikzylinders und wie man sie vermeidet
| Beschreibung | Wie man sie vermeidet | Folgen |
|---|---|---|
| Nichtberücksichtigung von Faktoren wie Lastmasse, Hublänge 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 Prozesseffizienzmängeln führt |
| Nichtberechnung der erforderlichen Betätigungsgeschwindigkeit | Bestimmen Sie die notwendige Geschwindigkeit und überprüfen Sie die Zylinderspezifikationen | Lange Zykluszeiten, reduzierte Produktivität oder Unfähigkeit, Prozessanforderungen zu erfüllen |
| Versäumnis, die Luftversorgung und den Verbrauch zu berücksichtigen | Luftverbrauch berechnen und ausreichende Versorgung sicherstellen | Druckabfälle im System, inkonsistenter Betrieb oder vollständiger Ausfall bei Spitzenbedarf |
| Auswahl von Zylindern, die zu groß oder zu klein für die Anwendung sind | Zylindergröße an die Anwendungsanforderungen und Platzbeschränkungen anpassen | Verschwendete Energie, erhöhte Kosten oder physische Beeinträchtigung anderer Geräte |
| Wahl von Zylindern mit inkompatiblen Montagekonfigurationen | Berücksichtigen, wie der Zylinder an angrenzende Geräte angeschlossen wird | Schwierige Installation, Fehlanpassung 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 Endanschlagaufprall 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 nicht reparierbarer Zylinder 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, Hublänge, Betriebsgeschwindigkeit und maximaler Betriebsdruck und -temperatur. Die wichtigsten Faktoren, die während des Auswahlprozesses zu berücksichtigen sind, werden unten diskutiert.
- Formfaktor und ISO-Standards
- Pneumatikzylindertyp
- Kraft und Bohrungsgröße
- Hublänge
- Dämpfung
- Montageoptionen
- Geschwindigkeit
Lesen Sie unseren Überblick über pneumatische Zylinder Artikel für weitere Informationen über den Aufbau, die Funktionsweise und die Arten von pneumatischen Zylindern. Unser Pneumatik-Glossar bietet eine Referenz für Begriffe im Zusammenhang mit pneumatischen Systemen.
1. Formfaktor und ISO-Normen
Der Formfaktor eines pneumatischen Zylinders bezieht sich auf seine physische Größe, Form und Abmessungen. Er umfasst Faktoren wie:
- Zylindertyp
- Bohrungsgröße
- Hublänge
- Montagestil
- Gesamtform
Der Formfaktor eines pneumatischen Zylinders bestimmt, ob der Zylinder in den verfügbaren Raum der Anwendung passt und ob er die Last effektiv bewegen kann. Ist der Zylinder zu klein oder zu groß, kann er möglicherweise nicht die notwendige Kraft oder Geschwindigkeit aufbringen, um die Last zu bewegen, oder er passt nicht in den verfügbaren Raum. Ein pneumatischer Zylinder, der einem Standard entspricht, kann bei Bedarf leicht zwischen Marken ausgetauscht werden. Diese Standards definieren die Abmessungen, die Leistung und die Prüfanforderungen von pneumatischen Zylindern. Zu den gängigen Zylindern gehören Rundkörper-, Kompakt- und Führungszylinder.
- Pneumatische ISO 15552 Zylinder (32 - 320 mm): Diese pneumatischen Zylinder folgen ISO 15552 für Profilzylinder mit Durchmessern von 32 - 320 mm. Optionen umfassen einfachwirkende und doppeltwirkende Zylinder mit verschiedenen Konfigurationen für Stangendurchmesser, Hublänge, Kraft, Druck, Magnetkolben und einstellbare Dämpfung.
- Pneumatische Rundzylinder (32 - 63 mm): Rundkörperzylinder haben eine zylindrische Form und sind eine der häufigsten pneumatischen Zylinder. Sie sind in verschiedenen Bohrungsgrößen und Hublängen erhältlich und können hohe Kraft und Geschwindigkeit bieten. Diese Zylinder sind für verschiedene Anwendungen geeignet und kommen in unterschiedlichen Konfigurationen für Stangendurchmesser, Hublänge, Kraft und Druck.
- 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 der Automatisierung und Robotik eingesetzt.
- Pneumatische kolbenstangenlose Zylinder: Kolbenstangenlose Zylinder bieten eine lineare Bewegung, wobei die Last neben dem Kolben bewegt wird. Dies bietet den Hauptvorteil, die gleiche Hublänge bei deutlich weniger Platzbedarf zu haben. Kolbenstangenlose Zylinder werden häufig in der Materialhandhabung, beim Laden, Heben, Schneiden von Bahnen und anderen Anwendungen eingesetzt.
- Pneumatische ISO 6432 Mini-Zylinder (8 - 25 mm): Pneumatische Zylinder, 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 geeignet für Anwendungen, bei denen die Gefahr besteht, dass die Kolbenstange seitlichen Kräften ausgesetzt wird. Führungszylinder können entweder Rundkörper- oder Kompaktzylinder sein und werden häufig in Pick-and-Place-Operationen und der Materialhandhabung eingesetzt.
2. Pneumatischer Zylindertyp
Es gibt verschiedene Arten von pneumatischen Zylindern, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen. Die drei häufigsten Typen sind einfachwirkende, doppeltwirkende und kolbenstangenlose Zylinder.
- Einfachwirkende Zylinder verwenden Druckluft, um die Kolbenstange auszufahren 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 auszufahren und einzuziehen.
Lesen Sie unseren Artikel über einfachwirkende vs. doppeltwirkende pneumatische Zylinder für weitere Informationen zu den Merkmalen der einzelnen Typen.
3. Kraft und Bohrungsgröße
Ein pneumatischer Zylinder muss genügend Kraft erzeugen, um die Last zu bewegen. Verwenden Sie die Formel F = m × a, um die erforderliche Kraft zu berechnen, um ein Objekt mit der Masse 'm' mit einer Beschleunigung 'a' zu bewegen. Es ist wichtig, diese Berechnung sowohl für den Ein- als auch den Ausfahrhub durchzuführen und einen pneumatischen Zylinder 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 zu erhöhten Kosten aufgrund seiner größeren Größe 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 zum pneumatischen Zylinderkraftrechner für weitere Informationen zu den Kraftberechnungen bei einfachwirkenden und doppeltwirkenden pneumatischen Zylindern.
4. Hublänge
Hublänge ist die Strecke, die der Kolben linear zurücklegt, wenn er durch Druckluft betätigt wird. Um eine Last 1 Meter hoch zu heben, sollte die Hublänge des Zylinders mindestens 1 Meter betragen, damit er die Last vom Ausgangspunkt bis zum Ende bewegen kann. Die korrekte Schätzung der Hublänge ist entscheidend, da der Zylinder mit zunehmender Hublänge teurer werden kann. Ein Zylinder mit zu kurzer Hublänge kann die Last nicht an die beabsichtigte Position bewegen. Andererseits kann eine zu lange Hublänge die Zielposition überschreiten, und eine schwere Last, die am Ende eines vollständig ausgefahrenen Kolbens platziert wird, kann zu Kolbenstress 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 geeignet für Anwendungen mit schweren Lasten und hohen Aufprallkräften, erfordern jedoch zusätzlichen Platz und Montagevorrichtungen.
- 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 zur Dämpfung von pneumatischen Zylindern für eine detailliertere Analyse der einzelnen Dämpfungstypen.
6. Montageoptionen
Der Montagestil des pneumatischen Zylinders hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie dem verfügbaren Platz und der Richtung der Last. Pneumatische Zylinder können auf verschiedene Arten montiert werden, wie Gabelkopf-, Zapfen-, Flansch- und Fußmontage.
- Gabelkopfmontage: Eine Gabelkopfmontage befestigt den Gabelkopf (eine U-förmige Halterung am Ende des Zylinders) an der Maschine oder dem System. Gabelkopfmontagen sind geeignet für Anwendungen, 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 geeignet für Anwendungen, 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 Zylinderboden mit Bolzen oder Schrauben 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 pneumatischen Zylinders ist seine Hubstrecke 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 pneumatischen Zylinders 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 pneumatischen Zylindern für weitere Details zur Geschwindigkeit von pneumatischen Zylindern und den verschiedenen Faktoren, die sie beeinflussen.
Beispiel
Betrachten Sie eine Anwendung, bei der ein pneumatischer Zylinder 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 pneumatischen Zylinders
- Zylindertyp und ISO-Norm: Ein einfachwirkender Zylinder ist für diese Anwendung geeignet, da er nur in eine Richtung ausfahren 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 Normen entspricht.
- Hublänge: Die erforderliche Hublänge ist die Strecke, die die Last gehoben werden muss, nämlich 2 Meter.
- 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.
- Montageoptionen: Da der Zylinder vertikal montiert wird, wäre eine geeignete Montageoption eine Gabelkopf- oder Zapfenmontage.
- Dämpfung: Wählen Sie eine Stoßdämpferdämpfung, da die Anwendung eine erhebliche Last und relativ schnelle Bewegung beinhaltet.
- Geschwindigkeit:
Geschwindigkeit = Hublänge / 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 pneumatischer Zylinder für diese Anwendung ein einfachwirkender Zylinder nach ISO 6431 oder ISO 15552 Standard mit einer Nennkraft von mindestens 500 N, einer Mindesthublänge 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 pneumatischen Zylinders berücksichtigen?
Berücksichtigen Sie die Bohrungsgröße, die Hublänge, den Betriebsdruck und den Montagestil des Zylinders. Zusätzlich sollten auch der Anwendungstyp und die Lastanforderungen berücksichtigt werden.
Wie bestimme ich die Bohrungsgröße eines pneumatischen Zylinders für meine Anwendung?
Wählen Sie die Bohrungsgröße des pneumatischen Zylinders 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, Hubstrecke, Geschwindigkeitsanforderungen und die spezifischen Umgebungsbedingungen der Anwendung beeinflusst.
Wie dimensioniert man Linearantriebe?
Um einen Linearantrieb zu dimensionieren, bestimmen Sie die Lastanforderungen, die Hubstrecke, die Geschwindigkeit, die Energiequelle und den Antriebstyp, und konsultieren Sie die Herstellerspezifikationen, um sicherzustellen, dass er den Anforderungen der Anwendung entspricht.
