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Pneumatikzylinder - Funktion und Aufbau

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In diesem Teil des Pneumatik-Skripts geht es um eine Komponente bzw. ein Bauteil der Fluidtechnik: Den Pneumatikzylinder.
Dabei wird der Aufbau und die Funktion von einem Pneumatikzylinder beschrieben.

Funktion und Aufgabe von einem Pneumatikzylinder

Innerhalb einer pneumatischen Anlage wird vom Kompressor, zu den Verbrauchsstellen hin, Druckluft durch Rohrleitungen geführt. Die Arbeitsglieder am Ende der Versorgungskette wandeln dann die Druckluftenergie in mechanische Energie um. Zylinder sind solche Arbeitsglieder. Sie können grundsätzlich geradlinige Bewegungen durchführen. Damit Zylinder auch Schwenkbewegungen ausführen können, benötigen sie ein spezielles Getriebe.
Beim Pneumatikzylinder handelt es sich um ein sehr häufig verwendetes Maschinenelement im Anlagen- und Maschinenbau.

Einen Arbeitszylinder, welcher, je nach Zylinder-Typ, mit Druckluft (i.d.R. bis zu 12 bar arbeitet), bezeichnet man als Pneumatikzylinder. Pneumatikzylinder finden in zahlreichen pneumatischen Prozessen Anwendung, wie etwa in der Förder-, Handhabungs- und Antriebstechnik oder in Spritzgießwerkzeugen. Von der Funktion her unterscheidet man Pneumatikzylinder, die einseitig oder beidseitig mit Druckluft beaufschlagbare Zylindern - auch als einfachwirkend und doppeltwirkend bezeichnet.

Pneumatikzylinder
Bild eines kleinen Pneumatikzylinders

Einfachwirkende Zylinder fahren mithilfe einer Feder wieder in ihre Ausgangsstellung zurück, während doppeltwirkend Pneumatikzylinder ausschließlich durch Druckluft gesteuert werden. Die Druckluft sorgt sowohl für die Zylinder-Erstbewegung als auch für das Zurückfahren in die Ausgangsstellung.
Der Vorteil von doppeltwirkenden Zylinder ist, dass sie sowohl beim Ausfahren, als auch beim Einfahren mit der vollen Kraft der Druckluft arbeiten können und somit eine zusätzliche Funktion erfüllen können.

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Schaltsymbole für Pneumatikzylinder

Für die Normierung sämtlicher Pneumatikzylinder-Schaltsymbole ist die ISO 1219 zuständig. Anhand der Symbole kann man bereits die Funktion der Pneumatikzylinder erkennen.

Hier finden Sie eine Sammlung von Symbolen der unterschiedlichsten Pneumatik-Zylinder, ohne Anspruch auf Vollständigkeit:

Symbole Pneumatikzylinder

Stick-Slip-Effekt

Weil es aufgrund der Kompressibilität von Druckluft zum unerwünschten, ruckartigen Ausfahren der Zylinder kommen kann (Stick-Slip-Effekt), greift man für spezielle pneumatische Anwendungsgebiete eher auf Hydraulik- oder Elektrozylinder zurück. Mit diesen Zylindertypen ist eine exaktere Positionierung, wie sie beispielsweise zur Lagerregelung benötigt wird, möglich.

Aufbau eines Pneumatikzylinders

Kommen wir nun zum Aufbau der Pneumatikzylinder, um die Funktion besser verstehen zu können. Unten sehen Sie ein Schnittbild eines Zylinders, in dem der Aufbau vereinfacht dargestellt ist. Im folgenden finden Sie eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Elemente.

Pneumatikzylinder Aufbau
Schnittdarstellung eines Pneumatikzylinders

Der Aufbau eines Pneumatikzylinders besteht aus dem Zylinderrohr, dem Boden- sowie einem Lagerdeckel. Hinzu kommen der Kolben, die Kolbendichtung, die Kolbenstange, der Abstreifring, die Lagerbuchse sowie diverse Verbindungsteile und Dichtungen.

Die Abdichtung des Kolbens verhindert, dass sich der Druck auf einer Seite des Kolbens über die Gegenseite abbauen bzw. ausgleichen kann. Diese Kolbendichtung kann über eine Doppeltopfmanschette, einen O-Ring, Quadringe oder andere Dichtungstechniken erfolgen.

Das Zylinder-Rohr besteht zumeist aus nahtlos gezogenem Stahlrohr. Um die Lebensdauer der Dichtungen zu erhöhen, sind die Zylinder-Laufflächen extrem fein bearbeitet (gehont). Für Sonderfälle, wie etwa unter korrosiven Arbeitsbedingungen, gibt es auch Pneumatikzylinder, deren Rohr aus Messing, Aluminium oder aus Stahlrohr mit verchromter Lauffläche besteht.

Boden- und Lagerdeckel bestehen zumeist aus Aluminium- oder Temperguss. Der Deckel ist mit dem Zylinderrohr entweder über Zugstangen oder mittels Flansch und Gewinde verbunden.

Die Kolbenstange besteht vorzugsweise aus Vergütungsstahl. Um die Bruchgefahr zu mindern, sind die Gewinde in aller Regel gerollt. Zur Abdichtung der Kolbenstange befindet sich im Lagerdeckel ein Nutring.

Die Führung der Stange erfolgt mittels einer Lagerbuchse, die entweder aus kunststoffbeschichtetem Metall oder aus Sinterbronze besteht. Um zu verhindern, dass Schmutz oder Staub in den Zylinder eindringen, befindet sich vor der Lagerbuchse ein Abstreifring. Ein Faltenbalg ist nicht erforderlich.

Mit diesem relativ einfachen Aufbau kann ein Pneumatikzylinder seine Funktion bereits zuverlässig erfüllen. In der Realität kommen jedoch auch komplizierter und aufwändiger konstruierte Zylinder zum Einsatz.

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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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