Önbeálló pneumatikus véghelyzet-csillapítás: kiállta a próbát!
A gépek automatizálásakor mindig az a cél, hogy minél pontosabb és hatékonyabb termelést valósítsunk meg a lehető legkisebb beruházási, karbantartási és energiaköltségek mellett. A pneumatikus hengerek véghelyzet-csillapításának megfelelő megválasztása jelentősen befolyásolhatja – segítheti vagy akadályozhatja – ezeknek a céloknak az elérését.
Rezgések és lengések: a pontos gyártás ellenségei A termelő berendezések gyártási pontossága nemcsak a technológiától és a beépített elemek tűréseitől függ, hanem a gép dinamikus jellemzőitől is. A gyors, egyenes vonalú mozgást végző gépelemek által a szerkezetben keltett rezgések megnehezítik, sokszor lehetetlenné teszik a pontos gyártást. Ennek kiküszöbölése érdekében vagy a mozgó elemek sebességét kell csökkenteni, vagy azok véghelyzetben való felütközését kell csillapítani. Az előbbi módszer a lelassított végrehajtó elemek kisebb ütemszáma miatt a termelékenység csökkenésével jár, ezért éppen az automatizálás egyik fő céljának elérését gátolja meg. Marad tehát az utóbbi megoldás, azaz a nagy dinamikával mozgó elemek sebességváltozásait (gyorsulását, lassulását, ütközését) kell megengedhető mértékűre csökkenteni. Munkahengerek véghelyzet-csillapítása A lineáris mozgást végző gépelemeknek, így a pneumatikus hengereknek is nagy szerepük van a rezgések, lengések gerjesztésében, ha mozgásuk véghelyzete nincs megfelelően csillapítva. A csillapításhoz számos „hagyományos” módszer áll rendelkezésünkre. Ezek lehetnek külső eszközök, (mechanikus ütközők, hidraulikus csillapító berendezések), amelyek pontosan illeszthetők ugyan az alkalmazáshoz, ám helyigényesek és legtöbbször a henger mellett, külön kell őket a gépre szerelni. Választhatunk belső véghelyzet-csillapítással ellátott munkahengereket is, amelyeknél egy belső elasztikus ütköző vagy pneumatikus csillapító elem lassítja le a henger dugattyúját a véghelyzetbe érkezéskor. A belső mechanikus ütközőlapok, ütközőgyűrűk csak csekély energia elnyelésére képesek, ezért csak kis sebesség és terhelés mellett működnek megfelelően. A pneumatikus véghelyzet-csillapítás már sokkal hatékonyabb: a mozgó dugattyú a felütközés előtt egy, a hengertérnél lassabban leszellőző fékkamra „légpárnájára” érkezik, majd annak leürülésekor éri el a véghelyzetet. A pneumatikus csillapítások legelterjedtebb típusa a fojtócsavarral állítható változat. Itt a dugattyúsebesség és a terhelés együttes dinamikus hatásának megfelelően állíthatjuk be a fékkamra leürítési keresztmetszetét úgy, hogy a gyorsan érkező dugattyú mintegy belesimuljon a fékkamrába, ahol a feltorlódó sűrített levegő a véghelyzetbe érkezés pillanatáig egyenletesen lassítja nulla sebességre a dugattyút, minimális lengések mellett (1. ábra).
1.ábra: Jól beállított csillapítás, minimális lengésekkel
Ez a csillapítás széles terhelés-tartományban alkalmazható, bár jelentős hátránya, hogy a terhelés változásakor (pl. más tömegű munkadarabra való átálláskor) a csillapító fojtást újra be kell állítani. Ha a csillapítás túl kevés (a henger „alulcsillapított”), akkor a dugattyú túlságosan gyorsan érkezik, és durván felütközik a hengerfedélen (2. ábra).
2.ábra: Nagy sebességgel felütköző, alulcsillapított henger
Ez a káros rezgéseken túl a henger élettartamát is csökkenti. A kelleténél szűkebbre állított fojtással („túlcsillapított” henger) a fékkamra levegője nem tud a dugattyúsebesség egyenletes csökkentéséhez szükséges gyorsasággal leszellőzni. Ilyen esetben a dugattyú „visszapattan” a légpárnáról, majd újra megközelíti azt, vagy a véghelyzettől távolabb „megtorpan” és lassan kúszik a mechanikus felütközési pontig (3. ábra).
3.ábra: Túlcsillapított, visszarugózó henger
A visszarugózó tömeg lengéseket kelt a szerkezetben, a kelleténél lassúbb véghelyzetbe érkezés pedig a megnöveli ciklusidőt, ezzel csökkenti a termelékenységet. A csillapítást ezért
gondosan be kell állítani, ami több-kevesebb időt igényel a gép üzembe helyezése vagy átállítása során. Az állandó csillapítású hengerek az előző elvhez hasonló módon működnek, de a csillapítást egy, a közepes terhelésnek megfelelő értékre beállított fix fojtás szabályozza. Ezeknek az egységeknek tehát nagyon szűk az alkalmazási tartományuk; ha pedig azon kívül üzemeltetik őket, akkor alul- vagy túlcsillapítottá válnak. Az elektronikusan vezérelt csillapítás kínálja a pneumatikus hengerrel elérhető legnagyobb sebesség-terhelés kombinációt. Ebben az esetben az útmérővel felszerelt hengert proporcionális útszelep látja el levegővel. Az elektronikus vezérlés a véghelyzet elérése előtt megfelelő távolságban éppen annyira zárja az útszelepet, amennyire az adott konfiguráció és a betanítás során eltárolt jellemzők ezt szükségessé teszik, így a nagy tömeget maximális sebességgel mozgató hengert is képes nagy lassulás mellett, lágyan megállítani.
Önbeálló véghelyzet-csillapítás: adaptív és egyszerű Az önbeálló véghelyzet-csillapítás a Festo által a közelmúltban kidolgozott és szabadalmaztatott új csillapítási módszer. Ez egyesíti magában az állítható csillapítás legtöbb előnyét és a fix csillapítás egyszerűségét. Annak ellenére, hogy nem szükséges (és nem is lehet) állítani, képes alkalmazkodni a terhelés és a sebesség változásaihoz. Működési elve az állítható csillapítású hengerhez hasonló: itt is a fékkamrába érkező dugattyú előtt feltorlódó levegő fékezi le a hengert. A hagyományos változattól eltérően azonban itt nem fojtócsavar szabályozza a levegő kiáramlását, hanem a dugattyú felületén található, szűkülő keresztmetszetű hornyokon keresztül szellőzik le a levegő (4. ábra).
4.ábra: Önbeálló csillapítású henger fojtóhornyai
A hengerfedél felé közeledve egyre szűkebb a kiáramló levegő fojtása, ezért a dugattyú folyamatosan lassulva mozog a véghelyzet felé. Kis sebességű mozgásnál kisebb fojtásra van szükség – ebben az esetben a levegőnek van ideje „megszökni” a lassan mozgó dugattyú elől a hornyokon keresztül, így kisebb a csillapító hatás. Gyors mozgásoknál a fojtórések is gyorsabban szűkülnek a löket mentén, ezzel a fojtás „felkeményedik” és alkalmas a nagyobb energia felvételére (5. ábra).
5.ábra: Az önbeálló csillapítás működése
Az önbeálló csillapítás az állítható változat teljes alkalmazási tartományának mintegy 80 százalékában használható. A nagyon kis sebességű és az extrém nagy dinamikájú feladatokban továbbra is az önbeálló csillapítású hengerek kínálják a megfelelő megoldást, de az elmúlt évek tapasztalatai szerint a legtöbb alkalmazási területen előnyös alternatívát jelent az önbeálló véghelyzet-csillapítás. Az új megoldást nem csak az ISO 6432 és 15552 szabványú hengereknél alkalmazza a Festo, hanem az ISO 21287 szerinti kompakt hengerek csillapításaként is. Ennek a konstrukciónak kiemelkedő előnye, hogy a szabványos beépítési méretek megtartása mellett áll rendelkezésünkre a szokásos, ütközős csillapításnál sokkal teherbíróbb önbeálló csillapítású változat (6. ábra).
6.ábra: Kompakt henger önbeálló csillapítással
Folyamatbiztonság, időmegtakarítás Az új csillapítási forma különleges előnye, hogy amellett, hogy alkalmazkodik a terhelés változásaihoz, nagyobb folyamatbiztonságot is kínál: beállító csavar híján az optimálisan beállított csillapító fojtást nem lehet véletlenül vagy szándékosan átállítani. Élelmiszeripari vagy más Clean Design környezetben is jobban alkalmazhatók az állító csavar és furata által képzett szennycsapda nélküli hengerek. Nem elhanyagolható az az üzembe helyezési idő sem, amit azáltal lehet megtakarítani, hogy elmarad a csillapítások időigényes, gondos beállítása.
Radvány Miklós
Festo Kft.
