In diesem Pneumatik-Skript lesen Sie mehr über die Fluidtechnik-Komponente "Pneumatikzylinder". Während im vorhergehenden Skript die Funktion und der Aufbau beschrieben wurde, geht es hier um die unterschiedlichen Arten von Pneumatikzylindern.

Pneumatikzylinder Grundlagen

Mit einem Pneumatikzylinder kann in einer pneumatischen Schaltung Arbeit verrichtet werden. Zylinder werden daher auch als Arbeitsglieder bezeichnet. Mehr über die Grundlagen der Pneumatikzylinder lesen Sie in andere Skripten auf dieser Website.

Pneumatikzylinder - Bauarten

Pneumatikzylinder sind äußerst robuste Arbeitselemente. Im Vergleich zu hydraulischen oder elektronischen Elementen zeichnen sich alle Pneumatikzylinder-Arten durch eine geringe Störanfälligkeit und eine hohe Lebensdauer aus. Mit der richtigen Auswahl der Bauart und den richtigen Abmessungen sind auch hohe Geschwindigkeiten möglich. Voraussetzungen für einen störungsfreien Betrieb der Anlage sind die richtige Auslegung, die ordnungsgemäße Montage und sorgfältige Wartung.

Im Folgenden die verschiedenen Arten von Pneumatikzylindern – weiter unten mit Beschreibung.

• Einfachwirkender Zylinder
• Membranzylinder
• Rollmembranzylinder
• Doppeltwirkender Zylinder
• Zylinder mit Endlagendämpfung
• Zylinder mit durchgehender Kolbenstange
• Kolbenstangenlose Zylinder
• Band- oder Seilzugzylinder
• Dichtbandzylinder mit geschlitztem Zylinderrohr
• Zylinder mit magnetischer Kupplung des Schlittens
• Tandemzylinder
• Mehrstellungszylinder
• Schlagzylinder
• Drehzylinder

Bild eines kleinen Pneumatikzylinders

Schnittdarstellung eines Pneumatikzylinders

Technisch bedeutsame Pneumatikzylinder-Bauarten

Einfachwirkende Zylinder

Diese Pneumatikzylinder werden lediglich von einer Seite mit Druckluft beaufschlagt. Demnach können diese Zylinder ihre Arbeit in nur eine Richtung hin verrichten. In aller Regel ist eine eingebaute Feder für die Einfahrbewegung der Kolbenstange verantwortlich. Es gibt jedoch auch Zylinder-Arten, bei denen die Einfahrbewegung durch eine äußere Kraft gesteuert wird. Bei einfachwirkenden Pneumatikzylindern mit eingebauter Feder ist der Hub grundsätzlich durch die Federlänge begrenzt. Deshalb werden solche Zylinder lediglich bis maximal 80 mm Hublänge hergestellt.

Einfach wirkende Pneumatikzylinder sind für verschiedene Bewegungsfunktionen, in der Technik auch "Zubringen" genannt, ausgelegt. Folgende Funktionen sind u. a. möglich:

• Spannen
• Weitergeben
• Zusammenführen
• Abzweigen
• Ausgeben
• Zuteilen

Membranzylinder und Rollmembranzylinder gehören ebenfalls zur Gruppe der einfachwirkenden Pneumatikzylinder.

Doppeltwirkende Zylinder

Ihre Bauweise ist der von einfachwirkenden Zylindern recht ähnlich. Allerdings gibt es bei allen Arten doppelt wirkender Zylinder keine Rückstellfeder. Beide Anschlüsse dienen der Be- und Entlüftung. Doppeltwirkende Pneumatikzylinder haben den Vorteil, dass sie Arbeit in beide Richtungen ausführen können. Demzufolge steigen auch die Einsatzmöglichkeiten. Dabei ist zu beachten, dass die von der Kolbenstange übertragene Kraft beim Vorhub um einiges größer ist als beim Rückhub. Das ist darauf zurückzuführen, dass bei diesen Zylindern die Fläche der Kolbenseite größer ist als die Fläche der Kolbenstange.

Zylinder mit Endlagerdämpfung

Sofern vom Zylinder große Massen bewegt werden müssen, greift man auf eine Dämpfung in der Endlage zurück. Bevor der Kolben seine Endlage erreicht hat, unterbricht ein sogenannter Dämpfungskolben über einen (oft auch einstellbaren) Abflussquerschnitt den direkten Luftstrom. Während der Kolben den letzten Teil seines Hubes zurücklegt, verlangsamt sich seine Fahrgeschwindigkeit. Somit lassen sich harte Aufschläge und daraus resultierende Beschädigungen am besten vermeiden.
In der Praxis muss darauf geachtet werden, dass die zuständigen Einstellschrauben am Pneumatikzylinder niemals vollständig zugedreht sind. Die Kolbenstange könnte dann womöglich ihre erforderliche Endlage nicht erreichen.

Pneumatikzylinder mit durchgehender Kolbenstange

Diese Zylinder verfügen über eine durchgehende, einteilige Kolbenstange, die jeweils bis zu beiden Seiten reicht. Der Vorteil liegt in der günstigeren Kolbenstangenführung aufgrund zweier Lagerstellen. Im Gegensatz zu anderen Pneumatikzylinder-Arten sind diejenigen Kräfte, die jeweils an den Enden abgegeben werden, gleich groß. Manche Bauarten verfügen über eine hohle Kolbenstange, sodass sich Druckluft oder ein anderes Medium hindurchleiten lässt. Bei entsprechender Auslegung ist auch der Anschluss eines Vakuums möglich.

Mehrstellungszylinder

Diese Zylinder bestehen aus zwei oder mehreren, doppelt wirkenden Pneumatikzylindern, die unmittelbar miteinander verbunden sind. Je nachdem, wie die Druckluft beaufschlagt wird, fahren die einzelnen Zylinderkolben aus. So ist es beispielsweise möglich, mit dem Einbau lediglich zweier Zylinder, die unterschiedliche Hublängen haben, vier verschiedene Hublängen zu realisieren.

Tandemzylinder

Hier handelt es sich um zwei doppelt wirkende Pneumatikzylinder, die zu einer Einheit verbunden wurden. Diese Bauarten ermöglichen nahezu die Verdoppelung der Kolbenstangenkraft. Tandemzylinder kommen überall dort zum Einsatz, wo große Kräfte erforderlich sind, der Platz allerdings für einen größeren Zylinderdurchmesser nicht ausreicht.

Drehzylinder

Auch diese Zylinder gehören zu den doppelwirkenden Pneumatikzylinder-Arten. Ihre Kolbenstange verfügt über ein Zahnprofil und treibt ein Zahnrad an. Dieses wandelt die ursprüngliche Linearbewegung in eine Drehbewegung um. Unter den Drehzylindern gibt es Bauarten, die Drehbereiche von 45°, 90° bis hin zu Schwenkbereichen von 180°, 270° bis 360° realisieren, wobei Werte bis zu 150 Nm möglich sind.

Schlagzylinder

Diese Zylinder-Arten sind in der Lage, durch Erhöhung der Kolbenstangengeschwindigkeit, extrem hohe kinetische Energien umzusetzen. Kolbenstangen von Schlagzylindern können, in Abhängigkeit vom Umformweg, Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s erreichen. Für große Umformwege sind Schlagzylinder allerdings nicht geeignet.

Kolbenstangenlose Pneumatikzylinder

Obwohl diese Zylinder keine Kolbenstange besitzen, führen sie Linearbewegungen aus. In der Praxis werden diese Bauarten deshalb oft Linearantrieb genannt. Es gibt sie mit einfachem Antrieb oder mit eingebauten Führungen, wie etwa Gleit- oder Wälzführungen. Infolgedessen wird es möglich, den Läufer mit seitlichen Momenten und Kräften zu belasten, was beispielsweise den Mehrachsantrieb einer Teilehandhabung extrem vereinfacht.

Ein weiterer Vorteil kolbenstangenloser Zylinder besteht darin, dass die Gefahr des Knickens der Kolbenstange komplett entfällt. Darüber hinaus besitzen diese Pneumatikzylinder-Bauarten eine vergleichsweise geringe Einbaulänge. Weil die Bewegung über die gesamte Hublänge geführt werden kann, schaffen diese Zylinder problemlos Hublängen bis zu 10 m. Die ausgehenden Kräfte sind in beide Bewegungsrichtungen identisch.

Teleskopzylinder

Teleskopzylinder sind Zylinder, die mehrstufig ausfahren können. Wie eine Teleskopstange liegen hier mehrere Kolbenstangen ineinander. Der Vorteil eines Teleskopzylinders ist ein größerer Hub bei vergleichsweise geringer Einbaulänge.
Diese Art von Pneumatikzylinder gibt es sowohl als doppeltwirkend, sowie als einfachwirkend. Zudem unterscheiden sie sich in der Anzahl an Stufen. Die Zylinder können zweistufig, dreistufig oder auch mehrstufig sein.