Spannzylinder - Wie sie funktionieren

Spannzylinder werden verwendet, um ein Werkstück entweder direkt durch ein pneumatisch betriebenes Spannelement oder über kinematische Mechanismen zu halten oder zu spannen. Im inaktiven Zustand bewegt sich das Spannelement aus dem Arbeitsbereich heraus. Pneumatische Spannzylinder können aufgrund ihres kinematischen Designs sehr hohe Haltekräfte bei minimalem Energieaufwand erreichen. Diese Zylinder ahmen die Greifbewegung des Menschen nach und werden typischerweise nicht allein verwendet; sie werden mit verschiedenen Arten von Geräten oder Mechanismen kombiniert. Sie können auf pneumatischen Schienen, Roboterarmen und anderen Bewegungsmechanismen montiert werden, um Objekte von einem Ort zum anderen zu bewegen.

Wann man verschiedene Spannzylinder wählt

Festo Spannzylinder werden in drei Typen unterteilt: Spannmodule, Linear-/Schwenkspanner und Scharnierzylinder. Hier ist ein kurzer Überblick über jeden Typ:

• Spannmodule: Ideal für enge Räume und raue Umgebungen, geeignet für flache und lineare Spannaufgaben mit moderaten Kräften. Sie werden in der Elektronikfertigung, der Automobilmontage und in Verpackungsmaschinen eingesetzt.
• Linear-/Schwenkspanner: Geeignet für vielseitiges Spannen mit linearen und schwenkbaren Bewegungen, geeignet für Schweißanwendungen und kompakte Räume. Sie werden in der Metallbearbeitung, Holzbearbeitung und PCB-Fertigung eingesetzt.
• Scharnierzylinder: Entwickelt für hohe Spannkräfte und Schweißprozesse, insbesondere in der Automobil- und Industrieanwendungen. Sie werden in der Automobilfertigung, der Montage von schweren Maschinen und in industriellen Schweißstationen eingesetzt.

Wie Luftspannzylinder funktionieren

Die Hauptteile eines Spannzylinders sind:

1. Zylindergehäuse: Das Hauptgehäuse, das alle internen Komponenten enthält. Das Gehäuse besteht typischerweise aus Materialien wie Aluminium oder Stahl für Haltbarkeit.
2. Kolben und Kolbenstange/Membran: Der Kolben bewegt sich innerhalb des Zylindergehäuses, angetrieben durch Druckluft. Die Kolbenstange erstreckt sich aus dem Zylinder, um die Spannkraft auf das Werkstück auszuüben. In bestimmten Modellen ersetzt eine Membran den Kolben. Wenn Luftdruck angewendet wird, dehnt sich die Membran aus und übt Kraft auf den Spannbereich aus.
3. Lufteinlass-/auslassanschlüsse: Die Einlass- und Auslassanschlüsse ermöglichen das Ein- und Austreten von Druckluft in den Zylinder, wodurch die Bewegung des Kolbens oder der Membran gesteuert wird.
4. Dichtungen und Lager: Sorgen für einen luftdichten Betrieb und reduzieren die Reibung zwischen den beweglichen Teilen, was die Effizienz und Lebensdauer des Zylinders erhöht.

Arbeitsprozess

1. Luftzufuhr: Druckluft tritt durch den Einlassanschluss in den Zylinder ein.
2. Kolbenbewegung: Bei traditionellen Zylindern drückt die Druckluft den Kolben, wodurch die Kolbenstange sich ausdehnt und Spannkraft ausübt. Bei membranbasierten Spannmodulen bewirkt der Luftdruck, dass sich die Membran ausdehnt und Kraft auf den Spannbereich ausübt.
3. Spannaktion: Die Kolbenstange oder Membran übt Kraft auf das Werkstück aus und hält es sicher an Ort und Stelle. Die Spannkraft kann je nach Zylindertyp und Betriebsdruck variieren.
4. Freigabe: Wenn der Luftdruck freigegeben oder auf die gegenüberliegende Seite des Kolbens umgeleitet wird, zieht sich die Kolbenstange zurück oder die Membran kehrt in ihre ursprüngliche Position zurück und gibt die Spannkraft frei.

Festo Spannmodule

Abbildung 2: Festo rechteckige (links) und runde (rechts) Membranspannzylinder

Spannmodule sind extrem flache Membranaktoren mit kurzen Hüben, die für eine Vielzahl von Spannaufgaben geeignet sind. Ihr flaches Design ermöglicht den Einsatz in engen Räumen, in denen andere Spannzylinder nicht passen würden. Sie können Spannkräfte von bis zu 1640 N erreichen. Erhältlich in runden und länglichen Ausführungen, können sie sowohl flache als auch lineare Spannaufgaben bewältigen. Das hermetisch abgedichtete Design macht sie ideal für raue, staubige Umgebungen. Das Spannmodul EV ist ein kurzer, stabloser Zylinder mit einer Membran. Es ist einfachwirkend, hat eine Rückstellfunktion und ist hermetisch abgedichtet.

Merkmale des Festo Spannmoduls EV

Diese Module sind einfachwirkend. Der Luftdruck wird auf eine Membran innerhalb des Moduls angewendet, die dann Kraft auf den Spannbereich ausübt. Die Spannmodule EV sind in zwei Hauptversionen erhältlich: rechteckig und rund. Jede Version ist in verschiedenen Größen und Hublängen erhältlich, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

• Rechteckige Module: Rechteckige Module sind ideal für schwere, hochkraftige Anwendungen mit vielseitigen Montagemöglichkeiten und Platzbeschränkungen.
• Runde Module: Runde Module sind geeignet für Anwendungen, die Rotationssymmetrie, einfache Integration und geringeres Gewicht erfordern.

Tabelle 1: Merkmale der rechteckigen und runden Spannmodule

Merkmal	Rechteckige Spannmodule	Runde Spannmodule
Verfügbare Größen	10x30 mm, 15x40 mm, 15x63 mm, 20x75 mm, 20x120 mm, 20x180 mm	Ø12 mm, Ø16 mm, Ø20 mm, Ø25 mm, Ø32 mm, Ø40 mm, Ø50 mm, Ø63 mm
Hublängen	3 mm, 4 mm, 5 mm	3 mm, 4 mm, 5 mm
Pneumatischer Anschluss	M3, M5	M3
Betriebsdruck	2 bis 6 bar	6 bar
Umgebungstemperaturbereich	-20 bis +40 °C	-10 bis +40 °C
Spannkraftbereich	95 N bis 1690 N (bei 6 bar)	55 N bis 1660 N (bei 6 bar)
Produktgewicht	20 g bis 270 g	11 g bis 100 g
Zubehör	Fußmontage (HBEV), Druckplatte	Druckplatte
Anwendungsflexibilität	Geeignet für schwere und platzbeschränkte Anwendungen	Ideal für Anwendungen, die Rotationssymmetrie erfordern

Hinweis: Das Modul verfügt nicht über eine integrierte Positionsüberwachung oder Dämpfung. Außerdem ist das einfachwirkende Design möglicherweise nicht optimal für sehr schnelle Spann- und Entspannzyklen.

Festo Linear-/Schwenkspanner

Linear-/Schwenkspanner (Abbildung 1) kombinieren lineare und schwenkbare Bewegungen, sodass Werkzeuge über den Spannbereich hinaus eingeführt und entfernt werden können. Das bedeutet, dass der Spanner sich direkt auf das Werkstück zubewegen kann, um es zu sichern, und sich dann aus dem Weg schwenken kann, wenn die Spannaktion nicht benötigt wird. Diese Spanner sind vielseitig und können zuverlässig verschiedene Werkstücke spannen, einschließlich Holz, Blech und Leiterplatten. Sie erzeugen Spannkräfte von bis zu 1600 N und Spannhübe von bis zu 50 mm, was sie für Schweißanwendungen geeignet macht.

Der Linear-/Schwenkspanner CLR kombiniert Schwenken und Spannen in einem Schritt. Die Schwenkrichtung ist einstellbar, sodass sie an spezifische Bedingungen angepasst werden kann. Der CLR ist mit einem Spannfinger-Zubehör sowie Staub- und Schweißspritzschutz erhältlich.

Linear-/Schwenkspanner CLR

Hauptmerkmale

• Doppelte Bewegung: Kombiniert lineare und schwenkbare Bewegung der Kolbenstange, sodass Werkstücke über den Spannbereich hinaus eingeführt und entfernt werden können.
• Schwenkoptionen: Erhältlich in rechten, linken oder geraden Schwenkrichtungen. Die Schwenkrichtung kann auch nach der Installation noch angepasst werden.
• Schutz: Neue Varianten umfassen Staub- und Schweißspritzschutz.
• Kompaktes Design: Geeignet für enge Einbauräume.
• ISO-Kompatibilität: Lochmuster entspricht ISO 21287, sodass Standardzubehör verwendet werden kann.
• Einfache Montage: Innengewinde in Lager und Endkappen erleichtern die Montage.
• Spannfinger: Als Zubehör erhältlich, kann über 360° frei eingestellt werden und enthält eine aufsteckbare Gummikappe zum Schutz empfindlicher Oberflächen.
• Reparierbar: Kann mit einem Satz Verschleißteile repariert werden.
• Zubehör: Kompatibel mit verschiedenen Zubehörteilen wie Schläuchen, Durchflussregelventilen und Steckverbindern.

Technische Daten

• Linearhub: Verfügbar für Durchmesser von 40 mm und darüber.
• Kolbendurchmesser: Bereich von 12 mm bis 63 mm.
• Spannhub: Verfügbar in 10 mm, 20 mm und 50 mm.
• Betriebsdruck: 2 bis 10 bar.
• Umgebungstemperatur: -10°C bis +80°C.
• Korrosionsbeständigkeit: Klasse 2 nach Festo-Standard 940070.
• Materialien: Hochlegierter Edelstahl für die Kolbenstange, beschichtete Aluminiumlegierung für Lager und Endkappen sowie Nitrilkautschuk/Polyurethan für Dichtungen.

Festo Scharnierzylinder

Scharnierzylinder verfügen über eine Stangenklaue am Ende der Kolbenstange und eine Scharniergabel an der Lagerkappe, was die Montage in Spannvorrichtungen vereinfacht. Eine optionale Spannvorrichtung kann verhindern, dass die Kolbenstange bei drucklosem Zustand verrutscht. Diese Zylinder erzeugen Spannkräfte von bis zu 3016 N und sind besonders geeignet für das Spannen von Bauteilen während Schweißprozessen, um eine sichere und zuverlässige Spannung zu gewährleisten.

Der Festo Scharnierzylinder DW enthält integrierte Drosseln und Endlagendämpfung, was ihn ideal für das Spannen von Bauteilen in Schweißprozessen macht. Die Scharniergabel an der Lagerkappe erleichtert die Montage. Auf dem asiatischen Markt ist der DW der Automobilstandard für die Karosseriefertigung.

Scharnierzylinder DW

Hauptmerkmale

• Schweißspannen: Entwickelt für das Spannen von Bauteilen während des Schweißens, ideal für Automobil- und Industrieanwendungen.
• Einfache Montage: Schwenklager an der Lagerkappe erleichtert die Installation.
• Integrierte Durchflussregelung: Eingebaute Durchflussregelung sorgt für präzise Geschwindigkeitsregelung.
• Endlagendämpfung: Integrierte pneumatische Dämpfung an beiden Enden für einen reibungslosen Betrieb und reduzierte Aufprallkräfte.
• Stangenwischerdichtung: Schützt vor Schweißspritzern und erhöht die Haltbarkeit.
• Positionsüberwachungsoptionen: Mehrere Optionen, einschließlich Sensorleisten und Näherungsschalter (SMT-8M oder SDBT-BSW).
• Flexible pneumatische Anschlüsse: Rc- oder G-Gewindeanschlüsse an drei Seiten verfügbar.
• Normenkonformität: Entspricht asiatischen Automobilstandards für die Karosseriefertigung.
• Anpassbare Stangenklaue: Verschiedene Spaltmaße verfügbar, um spezifischen Anwendungen gerecht zu werden.
• Robuste Konstruktion: Hergestellt aus hochwertigen Materialien wie Gussstahl und eloxiertem Aluminium.

Technische Daten

• Kolbendurchmesser: 50 mm, 63 mm, 80 mm
• Hublänge:
• Standard: 50, 75, 100, 125, 150 mm
• Variabel: 10 bis 200 mm
• Betriebsmedium: Druckluft nach ISO 8573-1:2010 [7:4:4]
• Betriebsdruck: 1 bis 10 bar
• Umgebungstemperatur: -10 °C bis +60 °C
• Korrosionsbeständigkeitsklasse: CRC 0 (Keine Korrosionsbelastung)