De Norgren leidraad voor persluchtcilinders
● ● ● ●
Ontwerp Toepassingen Selectie Installatie
INHOUD Inleiding
5
Basisuitvoeringen
5
Enkelwerkende cilinders
Uitvoering voor de “zware industrie”
Bevestigingen
22
22
5
Vaste bevestigingen
23
Dubbelwerkende cilinders
6
Scharnierende bevestigingen
23
Cilinders met magneetzuiger Magneetschakelaars
6 6
Magneetschakelaar met Reed contact
6
Inductieve magneetschakelaar Pneumatische magneetschakelaar
6 7
Zuigerstangloze cilinders Draaicilinders
7 7
Klemcilinders
7
Balgcilinders
8
Parkeerrem
25
8
Zuigerstangloze cilinders
26
Cilinderkeuze voor krachtopbrengst
Montage
23
Basisbegrippen voor montage en bevestiging
23
Synchronisatie van persluchtcilinders
24
Verdraaiingsvrij / Rechtgeleidingen
24
Stopcilinder
24
Cilinder met rechtgeleiding
25
Slede-eenheden
25
Berekening van de krachten
8
Basisuitvoeringen
Beschikbare kracht Toepassingen voor het klemmen (statische belasting)
9 9
Zuigerstangloze cilinders met parkeerrem
26
Met geïntegreerde ventielen
26
Dynamische toepassingen Snelheidsregeling van een cilinder
9 10
Bepaling van de verplaatsingssnelheid van de zuiger
12
Cyclustijden Verhogen van de snelheid
12 12
Persluchtverbruik van een cilinder
13
Doorbuigen van de zuigerstang - knikken Toegepaste materialen
13 15
Afdichtingen O-ringen voor zuigerafdichtingen
16
Lippakkingen
16
Z-pakkingen O-ring buispakkingen
16 16
Bufferpakkingen
17
Stangpakkingen Balgen op zuigerstang
17 17
Extreme werktemperaturen Steunring
17 17
18
Pneumatische buffering Hydraulische stootdempers
19
Normen
20
Bevestigingen
27
Zware uitvoering zuigerstangloze cilinders
27
Gebogen zuigerstangloze cilinder
27
Cilinders voor deurbedieningen
27
Cilinders met dubbele slaglengte
27
Cilindervarianten Doorlopende zuigerstang
16
26
28 28
Meerstandencilinders
28
Tandem uitvoering
28
Duplex uitvoering
29
Uiteinden van de zuigerstang op maat
29
Voor extreme temperaturen
29
Speciale cilinders
29
Standstellers en servocilinders
29
Toepassingen zonder terugkoppeling
29
Toepassingen met terugkoppeling
29
Integrale servocilinders / Standstellers in-lijn
30
Universele standsteller
30
Werking standsteller
30
Cilinders met holle zuigerstang
31
Slagcilinders
31
Normen
20
Hygiëne voor de voedselindustrie Niet-standaard afmetingen
20 20
Werkingsprincipe
31
Installatie
32
21
Onderhoud en smering
33
Soorten constructies Rondcilinders
21
Kleine ISO cilinders
21
Compact cilinders Profielcilinders ISO/VDMA/NFE
21 21
ISO/VDMA/NFE cilinders (met ronde buis)
22
Aanbevolen smeermiddelen
3
33
Veiligheid
33
Theoretische kracht en luchtverbruik van dubbelwerkende cilinders
34
INLEIDING
BASISUITVOERINGEN ENKELWERKENDE CILINDERS
Pneumatische aandrijvingen, waarvan cilinders de belangrijkste zijn, zijn aandrijvingen die kracht en beweging geven aan automatische systemen, machines en processen. Een persluchtcilinder is een eenvoudige, goedkope en gemakkelijk te installeren aandrijving, ideaal om krachtige lineaire bewegingen uit te voeren met verschillende snelheden. Moeilijke werkomstandigheden zoals hoge vochtigheid, droge en vuile omgevingen en herhaaldelijk reinigen onder hoge druk, kunnen getolereerd worden. De diameter van een cilinder bepaalt de maximum kracht die opgebracht kan worden en de slaglengte bepaalt de maximum lineaire beweging. Cilinders zijn ontworpen om te functioneren bij een bepaalde maximum werkdruk, tot zelfs 16 bar. De werkdruk van een cilinder wordt normaal afgesteld door een drukregelventiel in functie van de gewenste kracht. Zo kan bijvoorbeeld een cilinder met een boring van 50 mm en bij een werkdruk van 6 bar, gemakkelijk een gewicht van 80 kg omhoog trekken. De basisconstructie van een dubbelwerkende cilinder met zijn onderdelen wordt weergegeven in de doorsnede (figuur 1).
Enkelwerkende cilinders gebruiken perslucht voor een krachtoverbrenging in één enkele richting. De retourbeweging gebeurt door een mechanische veer die zich in de cilinder bevindt. Bij enkelwerkende cilinders zonder veer gebeurt de retourbeweging door een externe kracht. De meeste toepassingen vereisen een enkelwerkende cilinder met veer om de zuiger en de stang terug te brengen. Voor andere toepassingen kan de uitvoering ‘stang uit’ gekozen worden. Figuur 2 toont beide types van een enkelwerkende cilinder.
Figuur 2: Enkelwerkende cilinder
De veer in een enkelwerkende cilinder is ontworpen om voldoende kracht te leveren om enkel de zuiger en de stang terug te brengen. Dit laat toe de beschikbare perslucht optimaal te benutten. De meeste enkelwerkende cilinders zijn beschikbaar in kleine diameters, lichte uitvoering en standaard slaglengtes. Enkelwerkende cilinders met een lange slaglengte of een grote diameter worden afgeraden wegens de grootte en de kost van de benodigde veren. Enkelwerkende cilinders zonder veer hebben de volle duw- of trekkracht beschikbaar voor het uit te voeren werk. Dit zijn vaak dubbelwerkende cilinders met een filter in de aansluitpoort. De cilinder kan zo gebouwd worden dat de krachtbeweging de inof uitgaande slag is (figuur 3).
Figuur 1: Belangrijkste onderdelen van een cilinder 1
Bufferpakking
8 Aansluitpoort in deksel
2
Magneet
9 Magneetschakelaar
3
Bufferring
10 Zuigerstang
4
Cilinderbuis
11 Steunring
5
Lagerbus
12 Zuigerpakking
6
Schraapring
13 Bodem
7
Deksel
14 Bufferschroef
Persluchtcilinders zijn beschikbaar in vele groottes, uitvoeringen en types inclusief diegene die een draaiende beweging veroorzaken. Elk basistype wordt hier besproken.
Figuur 3: Enkelwerkende cilinder zonder veer, duwen en trekken
5
DUBBELWERKENDE CILINDERS Dubbelwerkende cilinders gebruiken perslucht voor zowel de ingaande als de uitgaande slag. Daardoor zijn zij ideaal voor het duwen en trekken in eenzelfde toepassing. Snelheidsregeling is mogelijk met een dubbelwerkende cilinder en wordt gerealiseerd door de smoring van de afblaaslucht. Bij ongebufferde cilinders is er aan het einde van de slag metaal op metaal contact tussen zuiger en deksels, daarom zijn zij enkel geschikt bij lage snelheid (figuur 4). Voor een grotere snelheid zijn externe afremmers voor de buffering nodig. Deze worden geplaatst om een harde slag tussen zuiger en deksels te voorkomen.
Figuur 7: Cilinder met magneetzuiger
MAGNEETSCHAKELAARS Het grote voordeel van magneetschakelaars is dat zij eenvoudig op de cilinder kunnen gemonteerd worden en dat er geen uitwendige mechanische delen bewegen. Bijkomend worden de elektrische magneetschakelaars meestal voorzien van een LED-aanduiding waardoor het wel of niet schakelen gevisualiseerd wordt.
MAGNEETSCHAKELAAR MET REED CONTACT
Figuur 4: Dubbelwerkende cilinder zonder buffers
Gebufferde cilinders hebben een ingebouwde manier om schokken op te vangen. Kleine, lichte cilinders hebben vaste elastische buffers die eenvoudig bestaan uit kunststof bufferschijven bevestigd op de zuiger of op de deksels (figuur 5).
Twee ferromagnetische metaalblaadjes worden naar elkaar toegetrokken onder invloed van het magnetisch veld dat ontstaat door de magneet op de zuiger van de cilinder. Door hun contact sluiten ze de elektrische kring van de twee draden die erop aangesloten zijn. Deze fijne metaalblaadjes en de geringe afstand verklaren de stroom- en spanningsbeperkingen die in de catalogus worden vermeld. De levensduur van deze contacten is ongeveer 10 miljoen schakelingen.
Figuur 5: Cilinder met elastische buffers
Andere cilinders hebben een regelbare buffering. De zuigerstang wordt geleidelijk afgeremd tijdens het laatste deel van de slag door de uitstromende perslucht te smoren (figuur 6). De bufferwerking wordt op pagina 18 in detail beschreven.
Wanneer een inductieve belasting (relais- of ventielspoel) rechtstreeks op een Reed contact wordt aangesloten, dan moet een overspanningsbescherming op de betreffende spoel voorzien worden. Dit kan voor gelijkspanning een diode zijn of voor gelijkof wisselspanning een varistor. Deze componenten zorgen ervoor dat de overspanning die door het uitschakelen van de spoel veroorzaakt wordt tot een bepaalde waarde wordt beperkt.
INDUCTIEVE MAGNEETSCHAKELAAR
Figuur 6: Cilinder met regelbare buffers
CILINDERS MET MAGNEETZUIGER Cilinders met magneetzuiger hebben een ronde magneet in de zuiger en worden gebruikt bij cilinders met niet-magnetische cilinderbuis. Het magnetisch veld kan worden voorgesteld als de vorm van een donut rond de cilinderbuis. Deze beweegt mee met de zuiger wanneer de zuigerstang in- en uitgaat. Door het plaatsen van magneetschakelaars op de buitenkant van de buis, bijvoorbeeld één aan elk uiteinde, worden signalen doorgestuurd telkens wanneer de zuigerstang einde slag is (figuur 7).
Ook een oscillatorkring wordt beïnvloed door het magnetisch veld. De elektronische kring detecteert de verandering in de oscillaties en beïnvloedt een uitgangsversterker (transistor PNP of NPN), deze is meestal op 24 V g.s. gevoed. De uitgangsversterker is ook tegen overbelastingen beschermd. Dank zij het feit dat er geen bewegende delen zijn, zijn deze schakelaars ongevoelig aan schokken en trillingen en is hun levensduur zo goed als onbeperkt, de hysteresis is kleiner waardoor ook het schakelpunt nauwkeuriger is dan van een Reed contact. 6
PNEUMATISCHE MAGNEETSCHAKELAAR
Een tweezijdig aangedreven heugel wordt getoond in figuur 10. Deze grotere cilinders worden gebruikt in productieprocessen voor het bedienen van kwartslag-afsluiters.
Deze pneumatische magneetschakelaar geeft direct een pneumatisch signaal en zal dus gebruikt worden bij pneumatische besturingen of in een explosieveilige omgeving. Het magnetisch veld beïnvloedt een magneetplaatje dat zich in de voeler bevindt. De beweging van dit stuk stuurt een miniatuur 3/2 ventiel waardoor een pneumatisch signaal geschakeld wordt.
ZUIGERSTANGLOZE CILINDERS Figuur 10: Tandwiel en heugel
Voor sommige toepassingen is het wenselijk dat de afgelegde weg van de cilinder gebeurt binnen de inbouwmaten van het cilinderlichaam. Bijvoorbeeld, het kruisen van een transportband of het verticaal bewegen in een beperkte vrije hoogte. In deze omstandigheden is het nieuwe concept van een zuigerstangloze cilinder ideaal. Het voorwerp dat verplaatst moet worden, is verbonden aan een slede die loopt aan de zijkant van de cilinderbuis. Via een gleuf in het profiel is de slede verbonden met de zuiger. Lange afdichtingsbanden aan de binnen- en buitenkant van het cilinderprofiel voorkomen luchtverlies en binnendringen van vervuiling. Bij het bewegen van de zuiger worden langs de voorkant van de slede de afdichtingsband en afdekband geopend en langs de achterkant van de slede opnieuw afgedicht (figuur 8). Richting en snelheidsregeling gebeuren op dezelfde manier als voor een gewone cilinder.
Het draaimoment kan verdubbeld worden door een tweede cilinder met heugel toe te voegen die hetzelfde tandwiel aandrijft (figuur 11).
Figuur 11: Dubbele heugel en tandwiel
KLEMCILINDERS Voor gebruik in kleine ruimten waar enkel een korte slaglengte nodig is, hebben deze cilinders een kleine lengte in verhouding tot hun boring. Zij worden veel gebruikt in enkelwerkende uitvoeringen (figuur 12), maar zijn eveneens beschikbaar als dubbelwerkende cilinders en ook met doorlopende zuigerstang (figuur 13). Deze worden gewoonlijk gebruikt in lichte toepassingen.
Figuur 8: Zuigerstangloze cilinder
DRAAICILINDERS Vele toepassingen vereisen een draaiende beweging zoals draaiende componenten boven een boorkaliber of een verplaatsing in een “pick-and-place” toepassing. Draaicilinders geven een hoekverdraaiing tot 360°. Een typische draaimodule is voorgesteld in figuur 9.
Figuur 9: Draaivleugel cilinder
Een ander voorbeeld van een draaicilinder is het systeem met tandwiel en heugel.
Figuur 12:
Figuur 13:
Enkelwerkende klemcilinder
Dubbelwerkende klemcilinder met doorlopende zuigerstang
7
BALGCILINDERS
CILINDERKEUZE VOOR KRACHTOPBRENGST
Balgcilinders zijn duurzame enkelwerkende cilinders die werken als een accordeon die uitrekt bij het opblazen. Zij ontwikkelen grote krachten bij korte slaglengtes en kunnen in alle richtingen gemonteerd worden (figuur 14). Met 1, 2 of 3 vouwen kunnen verschillende slaglengtes gerealiseerd worden bij nominale doormeters van 70 Figuur 14: Balgcilinder tot 546 mm. Belastingen met een hoekafwijking van 5 tot 25° t.o.v. de cilinderas kunnen opgevangen worden.
De theoretische duwkracht (uitgaande slag) of trekkracht (intrekkende slag) van een cilinder wordt berekend door vermenigvuldiging van de reële oppervlakte van de zuiger met de werkdruk. De reële oppervlakte voor de duwkracht is de volledige oppervlakte van de zuiger. De reële oppervlakte voor de trekkracht wordt verminderd met de oppervlakte van de zuigerstang (figuur 15).
Deze cilinders kunnen toegepast worden als luchtveren, vergelijkbaar met de pneumatische ophanging bij zware vrachtwagens, en zijn ideaal als isolering om trillingen op te vangen van de lasten boven op de cilinder. Om het verzamelen van water te vermijden bij gebruik met vochtige perslucht, worden de aansluitpoorten naar onder geplaatst.
Figuur 15: Diameter zuiger en zuigerstang
De cilinderboring (D) en de diameter van de zuigerstang (d) worden uitgedrukt in millimeter en de werkdruk (P) in bar. In de formule is P gedeeld door 10 om de druk uit te drukken in Newton per vierkante millimeter (1 bar = 0,1 N/mm 2)
Let op: De maximum uitrekking en samendrukking van de balgcilinders moeten begrensd worden door uitwendige aanslagen. De balgcilinders mogen niet onder druk gezet worden zonder externe slagbegrenzing omdat zij dan teveel zullen uitzetten en schade kunnen veroorzaken. Wanneer de balgcilinders ontlucht worden moeten externe aanslagen ervoor zorgen dat de balgen niet geplet worden door de belasting.
De theoretische kracht (F) wordt verkregen door
waarbij D = Boring van de cilinder in millimeter d = Diameter zuigerstang in millimeter P = Werkdruk in bar F = Duwkracht of trekkracht in Newton Voorbeeld: Bereken de theoretische duw- en trekkracht voor een cilinder Ø 50 mm met een zuigerstang Ø 20 mm, bij een werkdruk van 8 bar
Toepassingsvoorbeelden:
Het berekenen van de duw- of trekkracht van enkelwerkende cilinders met een veer is iets ingewikkelder. De tegengestelde kracht van de veer verhoogt naarmate de veer verder ingedrukt wordt, deze moet worden afgetrokken om de theoretische kracht te vinden. In de praktijk vindt men duw- en trekkrachten van enkel- en dubbelwerkende cilinders in de catalogus in tabellen van de documentatie. De waarden worden onder een bepaalde werkdruk gegeven, gewoonlijk voor 6 bar. Voor andere werkdrukken kan deze waarde vlug berekend worden door te vermenigvuldigen met een nieuwe werkdruk, gedeeld door 6. 8
TOEPASSINGEN VOOR HET KLEMMEN (STATISCHE BELASTING)
Wanneer een beoordeling gemaakt moet worden tussen de relatieve krachten van cilinders met verschillende boringen, dan is het nuttig te weten dat de kracht exponentieel verhoogt volgens de diameter. Met andere woorden: indien de boring verdubbelt, verviervoudigt de kracht (figuren 16 & 17).
Bij het klemmen wordt de kracht uitgeoefend wanneer de zuiger stopt. Dit is wanneer het drukverschil tussen beide kamers maximaal is. Het enige krachtverlies in vergelijking met de theoretische kracht wordt veroorzaakt door de wrijving. Deze kan invloed hebben zelfs nadat de zuiger gestopt is. Meestal wordt met 10% wrijving rekening gehouden. Dit kan meer zijn voor zeer kleine cilinders en minder voor zeer grote. Indien de cilinder een massa naar omhoog of naar beneden duwt, zal de klemkracht ook verminderen of vermeerderen.
DYNAMISCHE TOEPASSINGEN Tijdens de beweging zal de cilinder een kracht (= de belasting) uitoefenen en voortbewegen aan een bepaalde snelheid. Deze eenparig rechtlijnige beweging gebeurt volgens de fysica in een evenwichtstoestand. Op de zuiger wordt een Actie uitgeoefend en de Reactiekrachten zorgen voor het evenwicht.
Figuur 16: Tabel met duw- en trekkrachten, van enkelwerkende cilinders
De belasting inclusief de wrijving wordt hier omgerekend naar een ∆P x A (oppervlak van de zuiger). Pi x A = P u x A + ∆P x A Pi = Pu + ∆P De ingangsdruk (Pi) zal gelijk zijn aan de tegendruk in de uitgangskamer (Pu) plus het drukverschil (∆P). In de praktijk zal men een persluchtcilinder belasten tot 50 à 75% van zijn theoretische kracht. Bij hoge belasting wordt de tegendruk P u heel laag en de ∆P groot. Voor iedere wijziging van belasting, tijdens de beweging, zal de tegendruk Pu zich aanpassen en zal de snelheid wijzigen. Vereenvoudigd kunnen wij stellen dat de zuiger voortbeweegt tussen 2 luchtkussens met druk Pi en Pu. Om toch een stabiele beweging te bekomen moet dus de tegendruk een voldoende waarde behouden en mag de cilinder slechts 75% belast worden.
Figuur 17: Tabel met duw- en trekkrachten, van dubbelwerkende cilinders
Opmerking: Wegens het “stick-and-slip” effect is het voor een normale cilinder moeilijk om een stabiele snelheid te behouden lager dan 10 tot 15 mm/s.
BESCHIKBARE KRACHT Bij het selecteren van een cilindergrootte en de gepaste werkdruk wordt een schatting gemaakt van de nodige kracht. Deze wordt dan gebruikt als percentage van de theoretische kracht van een geschikte cilinder. Het gekozen percentage hangt af van het feit of de kracht benodigd wordt op het einde van de slag zoals in klemtoepassingen of tijdens de beweging zoals bij het optillen van een belasting.
9
SNELHEIDSREGELING VAN EEN CILINDER
De kleine doorlaat in de rechtse figuur bepaalt een kleine snelheid zelfs indien men een ventiel met grote doorlaat zal kiezen. Vooral robuuste cilinders zullen met een volle doorlaat in de aansluitpoort een grote snelheid toelaten. Cilinders van een lichte constructie bekomen best een aansluitpoort die de maximum snelheid beperkt om beschadiging op het einde van de slag te voorkomen. Bij robuuste cilinders met een volle doorlaat in de aansluitpoort zal men bijna maximum snelheid bekomen als de koppelingen, de leidingen en het ventiel overeenkomen met de volle doorlaat en aansluiting van de cilinderpoort. Voor vele toepassingen echter is deze maximum snelheid niet gewenst en kan een kleiner ventiel gekozen worden. Bijna steeds zal men de snelheid van een cilinderbeweging willen regelen in functie van de toepassing en de machine. Dit gebeurt door snelheidsregelaars te monteren, deze zullen voor een persluchtcilinder steeds de uitstromende perslucht op de uitlaat smoren. Aldus wordt een hoge tegendruk bekomen en is de zuiger tijdens de beweging goed geklemd tussen twee luchtkussens (druk Pi en Pu). Hoe hoger de tegendruk Pu is, hoe stabieler de cilindersnelheid zal zijn als er een variatie in belasting of wrijving optreedt, m.a.w. bij lage belasting hoort een hoge tegendruk Pu en dus een stabiele beweging.
Soms laat men een cilinder werken met zijn maximum snelheid, maar meestal zal men de snelheid willen regelen in overeenstemming met de bewegende machinedelen, de schokbelasting, het lawaai, enz. De maximum snelheid van een cilinder wordt bepaald door: • de boring van de cilinder • het maximum toevoer- en uitlaatdebiet, dat op zijn beurt bepaald wordt door: de grootte en de doorlaat van de aansluitpoorten de grootte en de lengte van de leidingen de doorlaat (l/min) van het ventiel • de procentuele belasting t.o.v. de maximum kracht. Deze wordt tevens beïnvloed door de toegepaste persluchtdruk. Figuur 18 laat zien dat de aansluitpoort van een cilinder bepalend kan zijn voor de maximum snelheid.
Figuur 18: Aansluitpoort met volle doorlaat en met vernauwing
Figuur 19: Grafieken druk en snelheid in functie van de tijd
Wat leren wij uit deze grafiek? 1) Drukval in de toevoerleiding Zodra er een debiet perslucht door een leiding stroomt, ontstaat er een drukval. Dit zien wij aan de inlaatdruk Pi; zodra de zuiger vertrekt aan punt 4, ontstaat er een drukval in de leiding (= Pc). Deze drukval Pc zal evenredig zijn met de snelheid. Bij de maximum haalbare snelheid kan deze drukval 30% bedragen van de netdruk voor een onbelaste cilinder. Ook het toevoerdebiet is belangrijk voor hoge snelheden.
Figuur 19 illustreert het verloop van de drukken Pi en Pu en van de snelheid tijdens de beweging van een zuiger waarvan de uitstromende lucht gesmoord wordt.
Figuur 20: Basisopstelling
10
2) Dode tijd (punt 4) De dode tijd of wachttijd voor de cilinder vertrekt zal afhangen van de belasting (= ∆P) en de steilheid van de uitlaatkromme. Deze kromme zal afhangen van de gewenste snelheid (instelling snelheidsregelaar) en de slaglengte (het volume) van de cilinder. Een kleine snelheid, een lange slaglengte en een grote belasting veroorzaken een lange dode tijd. 3) De invloed van de belasting op de beweging In de praktijk kan de belasting veranderen (vb. variatie van de wrijvingen). Veronderstellen wij in punt 7 van figuur 19 dat de belasting verhoogt. Het evenwicht van de krachten wordt verbroken door de stijging van de belasting. Dit evenwicht kan enkel hersteld worden als de inwendige tegendruk (Pu) verkleint, wat gebeurt door een vertraging van de zuigerbeweging. Bij punt 8 heeft de nieuwe ∆P’ zijn juiste waarde bereikt, het evenwicht aan krachten wordt hersteld en de beweging wordt opnieuw eenparig. Als de belasting bij punt 7 daalt, versnelt de zuiger, de uitlaatdruk Pu verhoogt tot een nieuwe waarde ∆P’’, die overeenkomt met de nieuwe lagere belasting. 4) Bufferwerking (zie ook verder pagina 18) Wanneer de zuiger in de bufferkamer komt (punt 9), dan stijgt de uitlaatdruk (Pu) zeer plots in de bufferkamer. De waarde van deze drukstijging hangt af van de te bufferen energie (massa en snelheid), van de instelling van de regelnaald, van de constructie van de cilinder, maar vooral van de tegendruk Pu op het ogenblik dat de buffering begint.
Het meest voorkomende type van snelheidsregelaar is het inlijn gemonteerde type met ingebouwde terugslagklep (figuur 21).
Figuur 21: Klassieke snelheidsregelaars
De in-lijn gemonteerde snelheidsregelaar kan in om het even welke positie gemonteerd worden tussen het ventiel en de cilinderpoorten, onafhankelijk van de toepassing. Hij kan in ieder geval steeds gebruikt worden zoals normaal op de ontluchting, of speciaal voor regeling op de inlaat. Hij bestaat uit een conische regelnaald. Wordt de schroef ingedraaid, dan wordt het debiet van 1 naar 2 geleidelijk gesmoord. Wordt de stroomrichting van de perslucht omgekeerd, dan wordt de dichting die als terugslagklep fungeert, gelicht en is er volle doorlaat van 2 naar 1. Een populair alternatief model is de banjokoppeling met ingebouwde snelheidsregelaar (figuur 22). Deze is ontworpen om rechtstreeks in de aansluitpoorten van de cilinder te worden geschroefd, waardoor de regeling zo kort mogelijk bij de cilinder gebeurt. De uitlaat wordt gesmoord terwijl er volle Figuur 22: Banjo snelheidsregelaar inlaat is langs de lippakking.
Opmerking: Wij vestigen hier opnieuw de aandacht op het belang van de tegendruk. De capaciteit van een cilinderbuffering wordt uitgedrukt in Nm/bar tegendruk. Dus, als de belasting groter wordt, daalt de tegendruk (voor de buffering) en dus ook de buffercapaciteit. Snelheidsregeling op de inlaat: - Indien de snelheidsregelaars verkeerd gemonteerd worden op de inlaat van de perslucht, dan zal de cilinderbeweging niet zo regelmatig of zelfs schokkend zijn. De tegendruk Pu valt snel op nuldruk en de toevoerdruk Pi wordt juist groot genoeg om de belasting te overwinnen en de beweging te veroorzaken. Bij lage snelheden zal de beweging steeds schokkend gebeuren. - Toch kunnen er toepassingen zijn waar op de inlaat gesmoord wordt. Een voorbeeld is de krachtbeweging van een enkelwerkende cilinder, hier bestaat geen tegendruk aan de andere zijde van de zuiger. Een ander voorbeeld is een cilinder met kleine boring en een in verhouding dikke zuigerstang, resulterend in een groot verschil in oppervlak links en rechts van de zuiger. Soms kan het wenselijk zijn de instromende lucht naar het grote oppervlak van de zuiger te smoren.
Een snelheidsregelaar (figuur 23) met een schuine regelnaald en de terugslagklep in rechte lijn laat grotere debieten toe, dit is zeker van belang voor de snelheidsregeling van grote cilinders.
Figuur 23: Snelheidsregelaar voor groot debiet
Opmerking: Indien een zuigerstang schokkend beweegt, controleer dan eerst of de snelheidsregelaars in de goede richting gemonteerd werden en nadien of de belasting niet te groot is door het meten van de tegendruk Pu (zie figuur 20). 11
BEPALING VAN DE VERPLAATSINGSSNELHEID VAN DE ZUIGER Er bestaat geen eenvoudige formule die ons toelaat om de juiste snelheid van een zuiger te berekenen, er zijn immers vele factoren die deze snelheid beïnvloeden, zoals: - de grootte en doorlaat van de aansluitpoorten - de doorlaat, het aantal en het soort gebruikte koppelingen (ellebogen, rechte, enz.) - de doorlaat en de lengte van de leidingen - het debiet van het ventiel in l/min - de eventueel gebruikte snelheidsregelaars - de belasting Wij vermelden hier een benaderende formule als eerste raming:
Onderstaande tabel illustreert een aantal cyclustijden gemeten bij een dubbelwerkende cilinder met 150 mm slag, zonder externe belasting, gestuurd door een monostabiel 5/2 ventiel, bij 6 bar werkdruk en met 1 m leiding. Cilinder boring Ø 20 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 100 mm Ø 160 mm Ø 200 mm Ø 200 mm Ø 320 mm
Ventielgrootte Debiet (nom.) 300 l/min 400 l/min 1000 l/min 1000 l/min 3500 l/min 3500 l/min 7700 l/min 7700 l/min
Cyclustijd In & uit 0,176 s 0,75 s 0,50 s 1,20 s 0,78 s 1,25 s 0,57 s 1,36 s
VERHOGEN VAN DE SNELHEID waarbij
vmax. = snelheid zonder belasting in cm/s A = oppervlak van de zuiger in cm2 Q = debiet van het ventiel in l/min gemeten met 6 bar ingangsdruk (relatieve druk) en een drukval van 1 bar, bij +20°C Het debiet van een ventiel kan ook uitgedrukt worden in Kv, Cv, of C en b. - Bij deze formule veronderstellen wij dat de leidingen en de aansluitpoorten in de cilinder een doorlaat hebben die minimaal gelijk is aan het ventiel. - Voor kleine cilinders en ventielen M5, wordt de berekende snelheid best verminderd met 10%. - Voor grote cilinders en ventielen, mag de snelheid met 10 tot 20% verhoogd worden. - Veel fabrikanten zullen in hun catalogus een diagram of een tabel afdrukken die de snelheid weergeeft in functie van de gebruikte ventielen en de cilinder. Een verhoging van de belasting veroorzaakt een daling van de snelheid. Aangezien in dit geval de ∆P verhoogt, daalt de uitlaatdruk, dus ook het uitlaatdebiet wat resulteert in een kleinere snelheid. De onderstaande grafiek (figuur 24) geeft een aanduiding van de snelheid in functie van de procentuele belasting.
In sommige toepassingen kan de cilindersnelheid verhoogd worden door een snelontluchter te gebruiken. Deze laat het debiet van het ventiel naar de cilinder door over de klep met lippakking (figuur 25). Wanneer het ventiel omgeschakeld wordt, dan daalt de druk in de leiding van het ventiel, de klep schakelt om en de perslucht uit de cilinderkamer ontsnapt langs de grote ontluchtpoort. Aangezien de perslucht direct ontsnapt, dus niet door de leiding en het ventiel moet, daalt de druk Figuur 25: Doorsnede snelontluchter plots, waardoor de cilinder veel sneller beweegt. Naargelang de cilinder en de belasting bedraagt de snelheidstoename tot 50%. Een snelontluchter wordt steeds in de cilinderpoort geschroefd, dit kan in de 2 cilinderpoorten voor een snelle in- en uitbeweging. Voor bepaalde toepassingen kan een andere methode gebruikt worden om de snelheid te verhogen, namelijk door het voorontluchten van de cilinderkamer. Dit wordt gerealiseerd door twee 3/2 ventielen te gebruiken. In figuur 26 wordt de zuigerstangzijde eerst ontlucht, waarna het ventiel aan bodemzijde lucht toevoert. Aangezien er geen tegendruk is kan men hoge snelheden bereiken.
Figuur 26: Voorontluchte schakeling Figuur 24: Invloed van de belasting op de snelheid
Deze methode wordt gebruikt bij zuigerstangloze cilinders tot 20 m/s en dit is tevens het principe van een slagcilinder (zie pagina 31).
CYCLUSTIJDEN Om de cyclustijd van een cilinder te ramen moet men rekening houden met de antwoordtijd van het ventiel, de cilinder en de belasting. 12
Waarschuwing: Bij het gebruik van een snelontluchter, of een opstelling zoals in figuur 26, zal de bufferwerking verzwakt worden daar de tegendruk gedaald is en de snelheid toegenomen. Een uitwendige buffer zal noodzakelijk kunnen zijn.
PERSLUCHTVERBRUIK VAN EEN CILINDER
DOORBUIGEN VAN DE ZUIGERSTANG - KNIKKEN
Enerzijds is er het luchtverbruik van de cilinder zelf en anderzijds het verbruik van de leidingen en de dode ruimtes in de cilinder en het ventiel. Als algemene regel wordt voor het laatste verbruik 5% bij het cilinderverbruik gerekend. Luchtverbruik voor een dubbelwerkende cilinder:
Voor sommige toepassingen zijn cilinders vereist met een lange slaglengte. Indien er een axiale kracht op de stang wordt uitgeoefend, dan moet men zeker controleren of de lengte, de diameter en de belasting op de stang zich binnen de limieten van de knikbelasting bevinden. Een eenvoudige formule stelt dat de maximum kniklengte: l = 100 (tot 110) x de straal van de stang Naargelang de toepassing en de gebruikte bevestigingen kan de toegelaten slaglengte langer of korter zijn. Om de maximum slaglengte te berekenen stellen wij de volgende formule voor:
Uitgaande slag
Intrekkende slag
waarbij V = volume in dm 3 vrije lucht D = cilinderboring in dm d = zuigerstang diameter in dm S = slaglengte in dm P = werkdruk afgelezen op de manometer in bar 1 = atmosferische druk ( 1 bar) Indien de cilinder deel uitmaakt van een automatische machine dan zal het wenselijk zijn om 2 soorten verbruik te berekenen: - Het gemiddelde verbruik van de installatie Hiervoor berekent men eerst het verbruik per cilinderbeweging, waarna dit vermenigvuldigd wordt met het aantal bewegingen per totale cyclus voor de machine. Het aldus bekomen totale verbruik wordt verhoogd met 5% en gedeeld door de cyclustijd van de machine in seconden met als resultaat een verbruik in dm3/s. - Het piekverbruik van een installatie De toevoer van de perslucht moet aan dit piekverbruik kunnen voldoen. Als voorbeeld citeren wij een installatie met een cyclustijd van 2 minuten, werkend bij 8 bar, met een grote cilinderboring van 200 mm en 1000 mm slag.De cilinder beweegt eenmaal heen en weer tijdens de cyclus en verbruikt dus 554 dm3 vrije lucht wat een gemiddeld verbruik geeft van 4,6 dm3/s vrije lucht. Indien echter de cilinder snel heen- en weerbeweegt in 6 seconden, dan resulteert dit in een piekverbruik van 92,4 dm 3/s vrije lucht. Indien de cilinder slechts de helft van de snelheid zou doen, dan is het piekverbruik eveneens slechts de helft. Natuurlijk zal men met meerdere cilinders op een machine het tijdstip bepalen waarop het grootste verbruik optreedt en de cilinders samen bewegen. Bij het ontwerpen van een machine is het belangrijk dit piekverbruik te bepalen want dit bepaalt de keuze van de leidingen, de luchtverzorging en de ventielen in functie van deze piek. Algemeen kunnen wij stellen dat de toevoer van de persluchtinstallatie voldoende groot moet zijn. Indien de toevoer te klein gekozen wordt, presteert de machine niet voldoende. De cilinder kan de maximum snelheid niet meer halen, een sterke drukval veroorzaakt een vermindering van klemkrachten en kan zelfs gevaarlijk zijn. Het is daarom wenselijk steeds de drukval te controleren bij het opstarten van een nieuwe machine! Indien de piekverbruiken zeer kort zijn, dan kan een bijkomend persluchtreservoir dikwijls een oplossing bieden als buffervat.
waarbij Fk = toegelaten knikbelasting in N E = elasticiteitsmodulus in M/mm 2 J = traagheidsmoment in mm 4 l = kniklengte in mm S = veiligheidscoëfficiënt, normaal = 5 Het begrip kniklengte wordt gebruikt om de slaglengte te berekenen. Kniklengte x knikfactor in functie van de bevestiging = MAX. SLAGLENGTE Figuur 27 toont een cilinder, stang uit, met een gaffel op de zuigerstang en een scharnierbevestiging aan bodemzijde. De verplaatste belasting heeft een vaste geleiding. De afstand l is de totale lengte waarop de doorbuigingskracht wordt uitgeoefend. Deze cilinderbevestiging heeft een knikfactor van 0,6 in functie van de bevestiging.
Figuur 27: Kniklengte van een cilinder, met bevestigingen op de uiteinden
Figuur 28 toont een andere montage. De belasting is rechtstreeks op de zuigerstang gemonteerd en de cilinder staat met centraal scharnier opgesteld. De belasting heeft een vaste geleiding. Deze opstelling heeft een knikfactor van 1,3 in functie van de bevestiging.
Figuur 28: Kniklengte van een cilinder, scharnier centraal gemonteerd op de cilinder
13
De kniklengte en de knikfactor in functie van de bevestiging hebben een directe invloed op de maximale toegestane slaglengte. De volledige tabel met knikfactoren in functie van de bevestiging is hieronder afgebeeld (figuur 29).
Voorbeeld: Voor een cilinder met zuigerstang Ø 16 mm en een slaglengte van 1100 mm. De kracht op de zuigerstang is 3000 N en de knikfactor in functie van de bevestiging is 2,0. Lees van de horizontale as F = 3000 N verticaal naar boven tot het raakpunt van de lijn zuigerstang Ø 16 mm. Van dit punt volgt u de horizontale tot de “kniklengte l”. Vermenigvuldig deze kniklengte met de knikfactor in functie van de bevestiging 2,0 om de maximum slaglengte van de cilinder te bekomen. 650 x 2,0 = 1300 mm maximum slaglengte Hierdoor is een slaglengte van 1100 mm aanvaardbaar voor deze toepassing. Een ander voorbeeld is een cilinder met een slaglengte van 1200 mm en een zuigerstang van 12 mm. De kracht is 290 N en de knikfactor in functie van de bevestiging is 0,6. Door op dezelfde manier tewerk te gaan als hierboven vinden wij een kniklengte l = 1180 mm. 1180 x 0,6 = 708 mm maximum slaglengte Hieruit volgt dat deze cilinder niet geschikt is voor deze toepassing. Er zijn twee oplossingen: 1. Vergroot de knikfactor in functie van de bevestiging door een andere bevestiging te gebruiken, of 2. Gebruik een cilinder met grotere boring en een zuigerstang Ø van 16 mm of meer. Teneinde overdreven trillingen en schokbelastingen aan het einde van de slag te voorkomen, is het aan te raden de snelheid te beperken en de buffering zo zacht mogelijk te laten gebeuren.
Figuur 29: Knikfactor i.f.v. de bevestiging
De grafiek op de volgende pagina (figuur 30) is gebaseerd op de formule van de vorige pagina. Het laat de berekening toe van de kniklengte (en dus de maximum slaglengte), de diameter van de zuigerstang of de toegelaten knikbelasting wanneer twee van de drie factoren gekend zijn. De tabel met de knikfactoren in functie van de bevestiging MOET gebruikt worden samen met de grafiek. Reeks uitmuntende corrosiebestendige persluchtcilinders voor de voedingsnijverheid en de chemische industrie
14
Figuur 30: Maximum slaglengte
TOEGEPASTE MATERIALEN In de regel worden als materialen voor de cilinderbuis aluminium, staal, hardverchroomd staal of corrosiebestendig staal en voor de zuigerstang corrosiebestendig of hardverchroomd staal toegepast. De zuiger wordt uit kunststof of aluminium gemaakt en de bodem en het deksel uit aluminium. Als afdichtingsmaterialen worden in de regel polyurethaan en butylrubber (stangschraper, zuigerpakkingen) toegepast. In vele industriële toepassingen voldoen deze materialen goed. Voor speciale omstandigheden kunnen ook andere materialen ingezet worden. Een voorbeeld hiervan is de verchroomde zuigerstang die wordt toegepast in omgevingen met kleverige vervuiling. Het verchroomde oppervlak maakt dat deze vervuiling zich niet kan hechten aan de zuigerstang en dus niet de cilinder kan ingetrokken worden. Een ander voordeel van de verchroomde zuigerstang is dat de chroomlaag harder is dan staal en daardoor minder gevoelig voor beschadiging.
In chemisch agressieve omgevingen worden cilinders toegepast die aan de buitenzijde geheel uit corrosiebestendig staal of uit speciaal behandeld aluminium gemaakt zijn. Uiteraard dienen in dit soort omstandigheden niet alleen de metalen delen maar ook de kunststof delen op hun corrosiebestendigheid beoordeeld te worden. Viton, gebruikt voor de pakkingen, is een kunststof dat zeer geschikt is voor extreme situaties zoals hoge temperaturen. Ook bij toepassing van cilinders in de buitenlucht dient extra zorg besteed te worden aan de materiaalkeuze. Regenwater, zout bij zeeklimaat en UV-straling van de zon kunnen bepaalde materialen snel aantasten. Geheel roestvast stalen cilinders zijn in deze toepassing vaak niet nodig. Hard geanodiseerd aluminium voldoet dan ook. Voor de zwaarste buitenomstandigheden zijn gestandardiseerde zoutsproeitesten gangbaar.
15
O-RINGEN VOOR ZUIGERAFDICHTING
AFDICHTINGEN
Een O-ring als zuigerpakking ligt losjes in een groef en de buitenste rand raakt net de binnenwand van de cilinder (figuur 32). Wanneer er perslucht in de cilinder komt, wordt de O-ring tegen de wand van de gleuf gedrukt en vormt dan de afdichting tussen de zuiger en de cilinderwand. Deze afdichting is minder geschikt voor kleine drukverschillen, en Figuur 32: Doorsnede O-ring voor dubbelwerkende cilinders.
In een persluchtcilinder worden verschillende soorten afdichtingen gebruikt. Enkelwerkende cilinders zonder buffering hebben het minst afdichtingen, in dubbelwerkende cilinders met regelbare buffers zitten er het meest afdichtingen (figuur 31).
LIPPAKKINGEN Lippakkingen worden gebruikt voor cilinders met middelgrote of grote diameter. Zij dichten slechts in één richting af door perslucht. Daarom is er in een enkelwerkende cilinder slechts één zo’n afdichting nodig, in een dubbelwerkende cilinder echter twee (figuur 33). De grote hoek tussen de lippen zorgt voor een kleine radiale kracht om het statische “kleven” te verminderen. Figuur 33: Doorsnede van een De lippen van deze afdichting zijn lippakking zeer soepel zodat de steunring, die zich tussen de afdichtingen bevindt, de zijdelingse belasting kan opvangen. Zij kunnen ook de tolerantieverschillen van de boring opvangen. Grote cilinders kunnen zelfs verder werken met krassen in de cilinderbuis.
Figuur 31: Soorten afdichtingen 1) O-ring van de bufferschroef
4) Zuigerpakking
2) Bufferpakking
5) Buispakking
3) Steunring
6) Schraapring met stangpakking
Een glijdende afdichting zoals gebruikt bij een cilinderbuis, moet naar buiten gedrukt worden tegen het glijvlak en dit met voldoende kracht om persluchtdoorlaat te voorkomen, maar tegelijkertijd moet deze kracht zo klein mogelijk zijn om een minimale wrijving te geven. Dit is een moeilijke opdracht omdat de afdichtingen gebruikt worden bij werkdrukken van 0 tot 10 bar of meer. Er is een groot verschil tussen statische en dynamische wrijving. Statische wrijving of “kleven” zoals het soms genoemd wordt ontstaat wanneer de zuigerbeweging stopt. Afdichtingen moeten zelf een kracht naar buiten uitoefenen om de afdichting te verzekeren. Door deze kracht wordt geleidelijk alle olie verwijderd tussen de cilinderbuis en de afdichting en past de afdichting perfect op de fijne oppervlaktestructuur. Wanneer de zuiger een tijdlang heeft stil gestaan, is de benodigde kracht voor het in beweging brengen van de zuiger groter dan wanneer de beweging zou hervatten onmiddellijk na de stilstand. Dit fenomeen wordt het “stick-and-slip” effect genoemd. Om dit effect te verminderen, hebben afdichtingen een kleine radiale kracht en zijn zij zeer soepel. Een grote soepelheid laat toe tolerantieverschillen op te vangen bij het gieten van de afdichtingen en bewerkte onderdelen zonder de radiale kracht aanzienlijk te wijzigen. Bij cilinders die werken met ongesmeerde perslucht wordt de binnenkant van de buis en de afdichtingen bij montage ingevet. Indien de gebruikte perslucht zuiver en droog is, hebben de afdichtingen een lange levensduur zonder toevoeging van olie via een smeertoestel. Indien de perslucht toch waterdeeltjes zou bevatten, kunnen deze geleidelijk de oorspronkelijke olie wegwassen en zo de levensduur van de afdichtingen verkorten. In deze gevallen en vooral bij hoge snelheden is het raadzaam een Micro-fog smeertoestel te plaatsen waardoor een fijne olienevel een constante smering verzekert.
Z-PAKKINGEN Z-pakkingen worden gebruikt als zuigerpakking voor cilinders met kleine diameter, en dichten af in beide richtingen. Zij nemen merkelijk minder plaats in dan lippakkingen (figuur 34). Z-pakkingen werken als een kleine veer met een uiterst kleine radiale uitzetting en geven volledige voldoening.
Figuur 34: Doorsnede van een Z-pakking
O-RING BUISPAKKINGEN Dit zijn statische afdichtingen die in hun groef worden vastgedrukt (figuur 35). Zij worden gebruikt voor cilinders met trekstangen en voor uitvoeringen met geschroefde deksel en bodem.
Figuur 35: Doorsnede van een buispakking
16
BUFFERPAKKINGEN
beschadigd worden door spatten of vallend afval. De balgen werken als een accordeon en hebben dus een luchtgat met een stoffilter. Regelmatige controle van de balgen op scheuren is uiterst belangrijk.
Deze afdichtingen dichten de bufferkamer af als de buffertap in zijn uitsparing komt. In de constructie van figuur 36 doet de afdichting tevens dienst als terugslagklep. Bij de beweging van rechts naar links wordt volledige afdichting bekomen op de binnendiameter en de linkse zijkant van de O-ring. Als de perslucht opnieuw toe- Figuur 36: Bufferpakking gevoerd wordt van links, dan ontstaat vrije doorgang langs de buitendiameter en de geboorde gaatjes. Zie ook figuur 39.
Figuur 38: Balgen op zuigerstang
EXTREME WERKTEMPERATUREN Standaard afdichtingen worden in het algemeen aanbevolen voor continu gebruik bij temperaturen van -10°C tot +80°C. Hogere temperaturen maken de afdichtingen zachter waardoor zij sneller verslijten en meer wrijving veroorzaken. Lagere temperaturen maken de afdichtingen harder waardoor zij kraken en scheuren. Voor toepassingen bij hoge temperaturen en constante werking in een omgeving van +150°C, kunnen cilinders uitgerust worden met “Viton” afdichtingen. Voor continu werking bij lage temperaturen beneden -15°C, moeten de afdichtingen uit zacht nitrilrubber voor lage temperaturen vervaardigd zijn of uit polyurethaan. Wanneer men werkt bij lage temperaturen is het belangrijk dat de perslucht gedroogd wordt tot een dauwpunt lager dan de omgevingstemperatuur. Is dit niet het geval, dan zal het water in de perslucht condenseren en bevriezen. Ijs binnen in de cilinder beschadigt de afdichtingen en sluit de luchttoevoer af of vermindert deze.
STANGPAKKINGEN De stangpakking zorgt voor de afdichting van de perslucht op de stang naar buiten toe. Figuur 37 illustreert echter een afdichting met een dubbele functie: stangpakking + schraapring (= tegenhouden van stof en vuil naar binnen toe). De afdichting zit luchtdicht met de buitenzijde vast in de lagerbus. Figuur 37:Stangpakking/schraper De lip aan de binnenzijde rond de zuigerstang voorkomt dat perslucht ontsnapt. De lip aan de buitenzijde maakt de zuigerstang schoon telkens wanneer deze in de cilinder schuift. Dit schoonmaken is zeer belangrijk omdat schurende stofdeeltjes zich kunnen vastzetten in de oliefilm op de stang wanneer deze uit de cilinder komt. Indien deze stofdeeltjes mee naar binnen bewegen dan verkorten ze aanzienlijk de levensduur van de afdichtingen binnenin de cilinder. Voor werk in vuile en agressieve omgeving wordt een speciale afdichting voorzien. Deze afdichting heeft een hardere schraper en zit vaster rond de zuigerstang. Zij wordt ondermeer gebruikt bij cilinders die op bedrijfswagens gebouwd zijn, in cementfabrieken en op montagelijnen voor auto’s. Dergelijke afdichtingen zullen een lange levensduur hebben waar zand en cement op de stang terechtkomen. De stang kan zelfs door druppels pleister, rijm of ijs bewegen. Op cilinders voor zeer zwaar werk worden afzonderlijke schraapringen en stangpakkingen gebruikt.
STEUNRING De steunring of geleidingsring is een doorgesneden ring rond de zuiger. Hij is vervaardigd uit harde kunststof zoals polyamide. Bij zware zijdelingse belasting werkt hij als geleiding en voorkomt zo overbodige vervorming van de zuigerpakkingen. Hij voorkomt ook beschadiging van de cilinderbuis door de zuiger.
BALGEN OP ZUIGERSTANG Als variante op een speciale schraapring kan de zuigerstang beschermd worden door balgen. Zij bestaan in verschillende modellen en materialen (figuur 38). Cilinders met balgen op de zuigerstang moeten bij bestelling goed omschreven zijn omdat de cilinder iets langer wordt. De zuigerstang is langer dan bij een standaard cilinder, maar de slag blijft gelijk. De oplossing met balgen is ideaal in omgevingen waar de stang kan 17
en de snelheid zal de bufferwerking geoptimaliseerd worden door de juiste instelling van de regelschroef. Deze instelling kan niet op voorhand gebeuren bij de fabriekstesten van de cilinder en hoort proefondervindelijk te gebeuren bij de opstart van de machine.
PNEUMATISCHE BUFFERING In een cilinder zonder buffers botst de zuiger ongeremd tegen de bodem of het deksel. Deze eindstukken moeten daarbij de kinetische energie opvangen ontwikkeld door het geheel “zuiger, zuigerstang en externe last”. In geval van hoge snelheden is dit lawaaierig en kan dat metaalmoeheid veroorzaken bij de zuiger, de bodem of het deksel. Om dit te voorkomen wordt de zuiger afgeremd tijdens het laatste deel van de slag. Kleine, lichte cilinders hebben kleine massa’s waarbij ingebouwde vaste kunststof bufferplaatjes een adequate oplossing zijn. Bij grotere cilinders die meer arbeid verrichten, moet de zuiger tijdens de laatste 20 mm, of meer, van de slag geleidelijk afgeremd worden. Dit is mogelijk bij een cilinder met regelbare buffers. Er zijn verschillende uitvoeringen van bufferingen maar het werkingsprincipe is hetzelfde. Het voorbeeld in figuur 39 hieronder illustreert de bufferwerking aan bodemzijde, met bufferpakking in de bodem.
Fase C: Bij een correct ingestelde bufferwerking bereikt de zuiger zijn eindpositie met een lage en aanvaardbare botssnelheid. Is deze bots echter nog te hoog, dan hoeft de bufferschroef dichter gedraaid te worden. Indien de regelnaald te dicht gedraaid is, dan zal de zuigerafremming schokkend of met weerbotsing gebeuren. Bij een volledig dicht gedraaide regelnaald bereikt de zuiger zijn eindpositie niet. Bij goede afstelling echter wordt de linkerzijde van de zuiger volledig drukloos gesteld.
Figuur 39:Bufferwerking
Fase D: Het ventiel waarop de cilinder aangesloten is, wordt omgeschakeld en brengt de druk aan de linkerzijde van de zuiger. Hierdoor wordt de bufferpakking in zijn groef naar rechts verschoven waardoor de voedingsopeningen aan de bodem van de groef vrij komen en de volle doorlaat garanderen naar de ringvormige kamer. De zuiger wordt onmiddellijk op zijn hele oppervlakte onder druk gezet.
Fase A: De zuiger verplaatst zich van rechts naar links aan zijn “normale” snelheid. De perslucht aanwezig in de lichtblauw gekleurde kamer, ontsnapt met een debiet bepaald door een snelheidsregelaar, maar er is tegendruk aanwezig in deze kamer (zie hoofdstuk “Snelheidsregeling van een cilinder”).
Fase B: De buffertap schuift in de bufferpakking. Deze laatste heeft geen speling op de buffertap maar heeft wel ruime speling in haar groef zowel in de breedte als in de diepte en wordt nu tegen de linkerwand van de groef geduwd. De vrije doorlaat van de perslucht naar de aansluitpoort wordt onderbroken en de ontluchting kan slechts nog via de bufferregelschroef gebeuren. Het actieve linkerzuigeroppervlak wordt hierdoor kleiner, hetgeen een verhoging van de tegendruk veroorzaakt. De kinetische energie aanwezig in het bewegend geheel “zuiger, zuigerstang en externe last” drukt de perslucht in de ringvormige kamer nog extra samen. De tegendruk kan hierdoor aanzienlijk omhoog schieten! In elk geval wordt er een hogere tegenkracht opgewekt waardoor de zuiger vertraagt. Naargelang de druk, de aangedreven massa
Fase E: Na de functionele dode tijd (zie hoofdstuk “Snelheidsregeling van een cilinder”) kan de zuiger zijn beweging starten zonder aarzeling. Zolang de buffertap in de bufferpakking blijft, gebeurt de voeding via de bodem van de groef, aangezien er ruime speling is tussen pakking en groef. Deze bufferpakking in haar groef werkt dus zoals een terugslagklep: geen doorlaat van rechts naar links maar wel doorlaat van links naar rechts. De zuiger beweegt met een zekere snelheid van rechts naar links naar de bodem. De tegendruk kan vrij ontluchten langs de bufferpakking. Deze doorstroming wordt plots afgeremd wanneer de bufferring in de bufferpakking (B) komt. Het 18
oppervlak van de zuiger verkleint en de lucht wordt samengeperst tussen de zuiger en de bodem (deze druk kan hoog oplopen!). De lucht kan nog enkel ontsnappen door de regelschroef. De regelnaald wordt zo afgesteld dat de zuiger, de stang en de belasting zacht afgestopt worden in het deksel (C). Indien de regelnaald te hard is dichtgedraaid, kan de zuiger terugbotsen voor het einde van de slag of zelfs het einde van de slag niet halen. De bufferpakking is hier gemonteerd in een groef in de bodem. Wanneer de buffertap in de bufferpakking komt, dan wordt deze naar links gedrukt en de afdichting gebeurt op de linkerzijde en aan de binnendiameter van de afdichting waardoor het vrij ontluchten afgesloten wordt. Voor de beweging naar rechts, stuurt een ventiel de perslucht (D) in de kamer aan bodemzijde en de bufferpakking wordt nu naar rechts gedrukt. De perslucht stroomt nu door de gleuven langs de buitendiameter van de bufferpakking en geeft kracht op het volledige zuigeroppervlak (E). Deze constructie vervult de functie van een terugslagklep. De zuiger beweegt nu vrij in de andere richting waardoor de duwkracht van de cilinder start. Zonder de gleuven in de bufferpakking zou de druk slechts langzaam stijgen. Voor zeer zware belastingen, verplaatst aan hoge snelheden en met grote slaglengte, zijn speciale schakelingen noodzakelijk (zie figuur 40). Bij deze schakelingen wordt een bijkomende smoring gebruikt voor de eigenlijke bufferzone, in feite wordt naar een tragere snelheid omgeschakeld door het sluiten van het 2/2 ventiel.
HYDRAULISCHE STOOTDEMPERS Voor zwaardere toepassingen, met zeer grote lasten bij hoge snelheden en waar een zachte afremming zeker wenselijk is, kunnen industriële hydraulische stootdempers supplementair gebruikt worden of ter vervanging van de ingebouwde buffers van de cilinder. Er bestaan twee soorten stootdempers. De eerste is een reeks courante niet-regelbare, zelfinstellende stootdempers voor massa’s van 0,9 tot 1130 kg. De tweede soort is instelbaar voor het bufferen van massa’s van 5 tot 810 kg. Andere zwaardere modellen kunnen massa’s tot 500.000 kg aan. Een industriële stootdemper lijkt op een kleine cilinder met stang uit in rust. Hij wordt in-lijn geplaatst tegenover de massa in beweging met de stang voorbij de vaste aanslag. De massa in beweging moet door de stootdempers zodanig worden afgeremd dat bij contact met de vaste aanslag de snelheid nul is. De stootdemper wordt zodanig gemonteerd dat er ongeveer 1 mm van de slag overblijft achter de vaste aanslag. Het werkingsprincipe van een zelfinstellende stootdemper is gebaseerd op progressieve smoring (figuur 41). Wanneer een massa in beweging in contact komt met de zuigerstang, ontstaat er een druk achter de zuiger, maar de initiële weerstand is relatief klein. Tijdens de afremslag wordt de zuiger in het demperhuis geduwd en de olie voor de zuiger wordt door de smooropeningen geperst. Proportioneel met de slag neemt het aantal smooropeningen af. De snelheid wordt trager en men bekomt een constante vertraging. Een olielek langs de zuigerstang wordt voorkomen door een inwendig meebewegende membraan dat eveneens zorgt voor de opvang van de olie. Eens de belasting verwijderd, wordt de zuigerstang snel terug naar de ruststand gebracht door een inwendige veer en een terugslagklep.
Figuur 41:Zelfinstellende stootdemper
Figuur 40: Schakeling met externe buffering
Hydraulische stootdempers
19
De instelbare stootdempers (figuur 42) remmen massa’s in beweging op dezelfde manier af als de zelfinstellende. De drukkamer omvat over zijn totale lengte meerdere regelbare smooropeningen. Een stelring laat toe om van buiten uit alle smooropeningen te regelen. Hierdoor kan de buffering ingesteld worden volgens de gegevens van massa en snelheid.
NORMEN NORMEN ISO 6431 en 6432 bepalen de inbouwmaten van welbepaalde persluchtcilinders en hun bevestigingen. Dit geeft voordelen bij het bevoorraden en het vervangen van cilinders met dezelfde boring, slaglengte en gemonteerde bevestigingen van verschillende fabrikanten. Deze normen bepalen niet de montage van de bevestigingen op de cilinder. Daardoor passen bevestigingen van een leverancier niet altijd op een cilinder van een andere fabrikant. VDMA 24562 is een verbetering van de ISO 6431 betreffende boringen Ø 32 tot 320 mm, met bepaling van meer afmetingen, in het bijzonder wat betreft de asafstand van de trekstangen en de montage van de bevestigingen op de cilinder. Een cilinder die voldoet aan deze norm is daarom uitwisselbaar op bestaande bevestigingen van een andere fabrikant.
Figuur 42: Instelbare stootdemper
Hydraulische stootdempers worden berekend in functie van de af te remmen massa (in kg) over de hele slag van de stootdemper. Zelfinstellend 0,9 tot 10 kg 2,3 tot 25 kg 9 tot 136 kg 105 tot 1130 kg
HYGIENE VOOR DE VOEDSELINDUSTRIE
Regelbaar 5 tot 450 kg 10 tot 810 kg
In verband met voedselveiligheid gelden in deze tak van de industrie speciale regels voor wat betreft de hygiëne. Cilinders die in aanraking kunnen komen met voedsel dienen te voldoen aan de Europese norm EN 1672-2. Deze norm stelt ondermeer eisen aan de schoonmaakbaarheid, niet-giftigheid en corrosiebestendigheid. De eisen ten aanzien van het schoonmaken luiden: dat dode hoeken niet mogen, oppervlakken niet ruw mogen zijn en dergelijke. In de voedselindustrie wordt veel met agressieve schoonmaakmiddelen gewerkt en niet alleen moeten de metalen delen van de cilinder hiertegen bestand zijn maar ook de afdichtingen uit kunststof. Deze eisen resulteren in voor dit doel speciaal ontworpen roestvast stalen cilinders. Ook in andere sectoren van de industrie kunnen zij gebruikt worden zoals de farmaceutische industrie, waar immers ook met producten voor menselijke consumptie gewerkt wordt.
Gebruik onderstaande formule om de effectieve massa te berekenen.
waarbij me = effectieve massa (kg) W1 = kinetische energie per slag (Nm) = 1/2m.v2 W2 = energie van de aandrijfkracht per slag (Nm) = F.s W3 = totale energie per slag (W1 + W2) (Nm) m = gewicht van af te remmen massa (kg) v = snelheid van de massa (m/s) F = bijkomende aandrijfkracht (N) s = slaglengte van de stootdemper (m)
NIET-STANDAARD AFMETINGEN
Voorbeeld: Een cilinder beweegt een massa van 10 kg horizontaal met een kracht van 100 N en raakt de stootdemper met een snelheid van 1 m/s (figuur 43). De nominale slaglengte van de zelfinstellende stootdemper is 0,025 m.
Heel wat cilinderreeksen voldoen aan geen enkele norm. Hierdoor hebben gebruikers het voordeel dat de laatste innovaties op gebied van vormgeving en compactere constructies kunnen gefabriceerd worden, wat resulteert in globaal kleinere inbouwmaten. Anderzijds kunnen ook zeer robuuste cilinderreeksen gefabriceerd worden buiten de gewone standaard norm. Bijkomend worden ook speciale cilinders gefabriceerd speciaal op maat voor de inbouw in een bepaalde machine.
Figuur 43: Berekening van de effectieve massa
W1 = 10 x 1 2 ÷ 2 = 5 Nm W2 = 100 x 0,025 = 2,5 Nm W3 = 2,5 + 5 = 7,5 Nm me = 2 x 7,5 ÷ 12 = 15 kg Selecteer een stootdemper die de totale energie per slag (W3) kan afvoeren en waarvan de effectieve massa (me) binnen de toegestane grenzen valt. 20
Een gefelste uitvoering die niet demonteerbaar is voor kleine boringen Ø 12 tot 40 mm Zowel de enkelwerkende als de dubbelwerkende cilinders hebben een magneetzuiger (figuur 46). Het geëxtrudeerde buisprofiel heeft geïntegreerde gleuven voor de bevestiging van Reed contacten en magneetschakelaars. Figuur 46: Een gefelste compact cilinder
SOORTEN CONSTRUCTIES RONDCILINDERS Dit zijn meestal lichte cilinders met kleine tot middelgrote boring. In hoofdzaak bestaan er twee uitvoeringen: Met gefelste deksels en bodems Dit zijn economisch gunstige uitvoeringen met boringen van Ø 8 tot 63 mm (figuur 44). De cilinders hebben een levenslange smering en kunnen niet gedemonteerd worden. Roestvast stalen (Martensitisch) zuigerstang, aluminium deksels, niet-magnetische roestvast stalen (Austenitisch) buis, polyurethaan schraapring, nitrilrubberen zuigerpakking en Oringen.
Een uitvoering met demonteerbare bodem en deksel Ø 12 tot 125 mm. De dekselbevestiging kan met bouten gebeuren, met circlips/ringveren of met trekstangen. Een onderhoudsbeurt is bij deze uitvoering dus mogelijk. Figuur 47 illustreert zo een cilinder waar deksel en bodem met bouten vastgeschroefd zijn op het profiel. Zeer speciaal aan deze compact cilinders is nu dat bodem en deksel voorzien zijn van 4 getapte gaten. De asafstand van deze getapte gaten is, voor de boringen vanaf Ø 32 mm, identiek gemaakt aan deze van de ISO/VDMA cilinders hieronder vermeld. Dit resulteert in het grote voordeel dat de bevestigingen van Figuur 47: Compact cilinder, reeks M/190000 de zeer populaire VDMA cilinder (figuur 48) tevens kunnen gebruikt worden voor deze compact cilinders. Roestvast stalen zuigerstang, geanodiseerd aluminium buis, deksels uit vernikkeld messing of geanodiseerd aluminium, afdichtingen uit polyurethaan en acetal schraapring.
Figuur 44: Rondcilinder reeks RT/57000
Met geschroefde deksels en bodems Dit zijn robuustere uitvoeringen met boringen Ø 32 tot 80 en zelfs 100 mm.Deze modellen zijn wel demonteerbaar en worden dan ook als variante met roestvaste materialen uitgevoerd.
KLEINE ISO CILINDERS ISO 6432 cilinders met boringen Ø 10 tot 25 mm, enkel- en dubbelwerkend. Deze kunnen eveneens gefelst uitgevoerd worden (figuur 45) of geschroefd uit roestvaste materialen. Bevestiging is mogelijk met behulp van een moer aan bodemof dekselzijde of met een bestaand bevestigingsoog in de bodem. Roestvast stalen (Austenitisch) zuigerstang. Beschikbaar met elastische of regelbare buffers.
PROFIELCILINDERS ISO/VDMA/NFE Licht profiel, enkel- en dubbelwerkende cilinders met trekstangen in het buisprofiel, magneetuitvoering en niet-magneetuitvoering. Afmetingen conform ISO 6431, VDMA 24565 en NFE 49-003-1, met een ruime keuze bevestigingen (figuur 52). Regelbare buffering op einde slag. Boringen van 32 tot 125 mm. Werken met gefilterde perslucht, gesmeerd of ongesmeerd, bij een werkdruk van 1 tot 16 bar. De standmelders worden verzonken in het profiel gemonteerd. Zuigerstang uit roestvast staal of hardverchroomd, aluminium buisprofiel, deksels uit aluminiumlegering, zuiger- en stangpakkingen uit polyurethaan en O-ringen uit nitrilrubber.
Figuur 45: ISO miniatuur reeks RM/8000
COMPACT CILINDERS Door hun constructie hebben deze cilinders ongeveer 1/3 van de lengte van een overeenkomende ISO cilinder. Zij worden dan ook veel gebruikt voor korte slaglengten en voor deze toepassingen waar een beperkte inbouwmaat gewenst is. Daarom zijn deze modellen steeds zonder pneumatische buffers en worden zij compact cilinders genoemd. Bij deze cilinders bestaan ook twee uitvoeringen:
Figuur 48: Profielcilinders ISO/VDMA PRA/182000
21
ISO/VDMA/NFE CILINDERS (MET RONDE BUIS)
BEVESTIGINGEN
Reeks dubbelwerkende cilinders, met boring 32 tot 320 mm, met externe trekstangen (figuur 49). Deze cilinders werken met gefilterde perslucht, gesmeerd of ongesmeerd, bij een werkdruk van 1 tot 16 bar (boring 32 tot 200 mm) en 1 tot 10 bar (boring 250 tot 320 mm). Roestvast stalen of hardverchroomde zuigerstang, aluminium buis, deksels uit gegoten aluminium en afdichtingen uit nitrilrubber. Eveneens beschikbaar in enkelwerkende uitvoering. Voor de voedingsindustrie en de scheikundige industrie bestaan deze cilinders ook uit roestvaste materialen, namelijk roestvast stalen buis, bodem, deksel en trekstangen.
Naargelang de toepassing wordt een cilinder vast of scharnierend in een machine ingebouwd. De bevestigingspunten zijn het cilinderlichaam en de zuigerstang. Bij vele toepassingen laat de bevestiging op de zuigerstang een scharnierbeweging toe in een of meerdere vlakken. Bij andere toepassingen is de zuigerstang vrij Figuur 51: Bevestigingen en dient zij enkel om de duwkracht voor kleine ISO cilinders over te brengen. De figuren 51 en 52 tonen een reeks standaard bevestigingen voor cilinders met kleine boring en voor cilinders met trekstangen.
Figuur 49: Cilinder met trekstangen ISO/VDMA RA/8000
UITVOERING VOOR DE “ZWARE INDUSTRIE” Uitermate robuuste cilinders, met versterkte onderdelen, zware constructie met trekstangen. Met extra zware zuigerstang en instelbare verlengde buffering. Norgren heeft hierin 2 series. - Zware industrie-uitvoering RM/900 serie met boringen Ø 1.1/4” tot 14”. Zuiger, deksel en bodem uit aluminium. Zuigerstang uit roestvast staal (Martensitisch) en trekstangen uit verzinkt staal. Buis uit geanodiseerd aluminium (Ø 1.1/4” tot 8”) en uit staal (Ø 10” tot 14”). Deze laatste zijn op aanvraag ook uit aluminium leverbaar. Werkdruk 2 tot 10 bar. - Extra zware industrie-uitvoering M/1000 serie met boringen Ø 2” tot 12”. Zuigerstang uit hardverchroomd staal (op aanvraag roestvast staal). De buis is uit koudgetrokken staal, inwendig hardverchroomd, zuiger uit staal. Bodem en deksel uit gietstaal. Werkdruk 2 tot 17 bar (Ø 2” tot 8”) en 2 tot 13,5 bar (Ø 10” en 12”). Deze cilinders zijn ideaal voor gebruik in extreme omstandigheden zoals in de mijnbouw, staalnijverheid, gieterijen en andere speciale t o e p a s s i n g e n op aanvraag.
Figuur 52: Bevestigingen voor ISO/VDMA/NFE cilinders en tevens voor
Figuur 50: Cilinder “zware constructie” RM/900
compact cilinders
22
VASTE BEVESTIGINGEN
MONTAGE
Een cilinder kan vast gemonteerd worden met flenzen of voetbevestiging (figuur 53). Indien de cilinder voorzien is van schroefdraad op deksel en/of bodem, kan hij door middel van een moer bevestigd worden. Cilinders met trekstangen kunnen bevestigd worden door verlengde trekstangen doorheen een bevestigingsplaat.
Naargelang de toepassing kan het bevestigen van een cilinder zeer veel verschillen. Een cilinder moet gemonteerd worden met een absoluut minimale zijdelingse belasting of liever nog zonder. De zijdelingse belasting is een krachtcomponent die inwerkt op de ene of de andere zijde van de lagerbus. Onderstaande illustraties zijn vijf typische voorbeelden van zijdelingse belasting en een mogelijke oplossing om dit te voorkomen. 1. Komt voor wanneer een belasting - niet ondersteund - aan de zuigerstang bevestigd wordt (figuur 55A). In ieder geval de belasting op een geleiding plaatsen (figuur 55B).
Figuur 53: Vaste bevestigingen
SCHARNIERENDE BEVESTIGINGEN Indien de cilinder deel uitmaakt van een verbinding, moet de cilinder kunnen scharnieren in een of meerdere vlakken bij het bevestigingspunt. Er kunnen verschillende pendelhoeken bekomen worden voor de cilinder of voor de belasting door de keuze van een scharnierbevestiging, een gaffelbevestiging of een scharnier met twee tappen op de cilinderbuis. Een scharnier, gaffel of kogelscharnier laat scharnieren toe op het uiteinde van de zuigerstang (figuur 54).
Figuur 55: Gewicht bevestigd aan de zuigerstang
2. Het eigen gewicht van een lange zuigerstang kan doorbuiging veroorzaken (figuur 56A). Het uiteinde van de zuigerstang kan met een rollengeleiding opgehangen worden (figuur 56B).
Figuur 56: Grote slaglengte
3. Een slechte uitlijning van een cilinder en een geleide belasting kan de cilinder onherstelbaar beschadigen (figuur 57A). Het plaatsen van een gaffel met kogelscharnier kan hier de zijdelingse belasting opvangen (figuur 57B).
Figuur 54: Scharnierende bevestigingen
Figuur 57: Slechte uitlijning
23
4. Een plaat bevestigd op het uiteinde van de zuigerstang veroorzaakt altijd een buigmoment (figuur 58A). Een externe zware rollengeleiding vangt de zijdelingse kracht op (figuur 58B).
Figuur 60: Synchronisatie
VERDRAAIINGSVRIJ / RECHTGELEIDINGEN Bij heel wat toepassingen waar de belasting bevestigd is op het uiteinde van de zuigerstang is er een geleiding nodig om de juiste richting te volgen. Nemen we als voorbeeld een grijper, gemonteerd op het uiteinde van een niet-verdraaiingsvrije zuigerstang en deze grijper moet een rechthoekig werkstuk opnemen. Bij de uitgaande beweging verdraait de grijper lichtjes. Hierdoor stoten de grijpervingers op het werkstuk waarvan verondersteld wordt dat het wordt weggenomen. Om dit probleem te verhelpen zijn er verschillende interne of externe systemen als rechtgeleiding. Voor compact cilinders met kleine boring en ISO/VDMA cilinders Ø 32 tot 100 mm bestaan er uitvoeringen met een verdraaiingsvrije zuigerstang. De geleiding gebeurt door twee platte vlakken op de stang die in een speciale bronzen geleidingsbus bewegen (figuur 61). Deze constructie is enkel bedoeld om kleine momenten op te vangen. Grotere momenten zouden voortijdige slijtage van de geleidingsbus veroorzaken, door het schuren van de zuigerstang tegen de wanden.
Figuur 58: Plaat veroorzaakt buigmoment
5. Een horizontaal gemonteerde cilinder met scharnier aan bodemzijde veroorzaakt door het eigen gewicht een buigmoment (figuur 59A). Een scharnierbevestiging met twee tappen ter hoogte van het evenwichtspunt van de cilinder brengt hier de oplossing (figuur 59B). Zijdelingse belasting kan zelden volledig weggenomen worden, maar door een weldoordachte montage kan deze wel zeer sterk verminderd worden tot een aanvaardbaar niveau dat voldoet aan de parameters van de cilinder. Deze krijgt hierdoor een betrouwbare lange levensduur.
Figuur 61: Verdraaiingsvrije VDMA cilinders
STOPCILINDER
Figuur 59: Eigen gewicht van de cilinder
Dit is een compacte c i l i n d e ru i t v o e r i n g waar de aandrijving en de 2 geleidingsstangen in één g e ë x t ru d e e r d aluminium profiel bewegen (figuur 62).
SYNCHRONISATIE VAN PERSLUCHTCILINDERS De synchronisatie van persluchtcilinders is pneumatisch onmogelijk, ook niet door het regelen van de snelheidsregelaars.Inderdaad, wij hebben gezien dat een verandering in belasting een snelheidsvariatie veroorzaakt. Om te synchroniseren is het dan ook noodzakelijk om met mechanische hulpmiddelen de zuigerstangen te verbinden. Figuur 60 illustreert een montage met heugel en tandwiel in het geval van twee cilinders.
Figuur 62: Stopcilinder met 2 geleidingsstangen
24
CILINDER MET RECHTGELEIDING
PARKEERREM
Voor hogere belastingen bestaan er rechtgeleidingen met glijlagers of met kogelbussen. Zij verzekeren een rechtgeleiding en een grotere weerstand tegen buigmomenten (figuur 63).
Voor de veiligheid bij drukuitval of als deel van een machinebewerking moet de cilinder altijd kunnen stoppen en de belasting geklemd houden op om het even welke plaats van de slag. Om aan deze eis te voldoen kan een actieve of passieve parkeerrem op de zuigerstang gemonteerd worden (figuur 66). Een aantal hiervan zijn ontworpen voor ISO en ISO/VDMA cilinders met boring 12 tot 125 mm.
Figuur 63: Rechtgeleiding voor ISO/VDMA
Voor lage wrijving en de beste weerstand tegen dwarskrachten en momenten, gebruikt men best een rechtgeleiding met kogelbussen (figuur 64). Deze kunnen uitgerust worden met een actieve of passieve parkeerrem.
Figuur 66: Parkeerrem op ISO/VDMA cilinder
De passieve parkeerrem klemt de zuigerstang door middel van een ingebouwde veer bij afwezigheid van perslucht. Bij de actieve parkeerrem wordt de zuigerstang vastgehouden door klemschijven die door de perslucht op de zuigerstang gedrukt worden. In beide gevallen wordt de belasting op zijn plaats gehouden totdat de cilinder opnieuw normaal kan werken. De passieve parkeerrem kan op een permanente persluchttoevoer aangesloten worden. Het klemsysteem blijft dan open en de cilinder werkt normaal. Bij drukuitval komt de rem in werking. Deze zal de zuigerstang klemmen in om het even welke positie en de belasting vast houden. Een productiesequentie in een machine kan een cilinder zijn met grote slaglengte die een werkstuk progressief voortbeweegt naar een bewerkingsstation waar een samenbouw op verschillende plaatsen gebeurt. Telkens moet de zuigerstang geklemd worden om verplaatsing te voorkomen ten gevolge van wisselende belasting. Bij een cilinder met actieve parkeerrem kan een passend ventiel ervoor zorgen dat er perslucht aanwezig is, telkens de cilinder in een bepaald station stopt, en zo de zuigerstang vast geklemd houdt. Zowel passieve als actieve klempatronen kunnen gemonteerd worden op de rechtgeleidingen met kogelbussen (figuur 63).
Figuur 64: Rechtgeleiding met parkeerrem voor ISO/VDMA
SLEDE-EENHEDEN Voor precisie-aandrijving hebben slede-eenheden ingebouwde glijlagers van hoge kwaliteit en zijn zij geschikt voor grote zijdelingse belasting dankzij het stevig profiel (figuur 65). Een dergelijke sledemodule vervult niet alleen de cilinderaandrijving maar tevens een mechanische functie als geleiding en slaginstelling door regelschroeven op het einde van de slag. In het aluminium huis kunnen meestal hydraulische stootdempers ingebouwd worden. Naargelang de bevestigingspunten, kan men de slede of de stangen laten bewegen.
Nota: Deze remmen mogen NIET gebruikt worden om de bewegende zuigerstang af te remmen. Zij mogen enkel geactiveerd worden na stilstand van de zuigerstang en gebruikt worden als blokkeersysteem (parkeerrem).
Figuur 65: Slede-eenheid M/60100
25
snelheidsregeling is zoals voor een normale cilinder. Het geëxtrudeerde lichte aluminium profiel kan als draagbalk dienst doen. De uitvoering met interne geleiding is geschikt voor lichte toepassingen (figuur 69). Voor zwaardere belastingen, verzekert de externe geleiding een brede geleiding in de V-groeven van het profiel (figuur 70). Figuur 70: Externe Deze uitvoering laat hoge axiale en radiale geleiding belastingen toe. De geleidingen zijn voorzien van hoogwaardige kunststof strippen. Ingebouwde schrapers reinigen telkens het loopvlak in de V-groef. Voor een zeer preciese geleiding kan een rollengeleiding (figuur 71) toegepast worden.
ZUIGERSTANGLOZE CILINDERS
BASISUITVOERINGEN Dit ontwerp onderscheidt zich van een conventionele cilinder door het feit dat de slede zich beweegt langsheen een zijde van het buisprofiel. Dit betekent bij heel wat toepassingen enorme voordelen, omdat de beweging gebeurt binnen de buitenafmetingen van het cilinderlichaam. Bijvoorbeeld, een hefbeweging binnen een beperkte ruimte of om materiaal van een rol dwars af te snijden.
Figuur 71: Precisie-rollengeleiding
ZUIGERSTANGLOZE CILINDERS MET PARKEERREM Om de slede met een vaste of variabele belasting vast te houden op om het even welke plaats worden uitvoeringen met passieve Figuur 72: Parkeerrem op zuigerstangloze of actieve rem gebruikt. cilinder Bij een passieve rem wordt bij afweizgheid van perslucht de slede vastgeklemd doordat veren ingebouwd in de omkeerslede een asbestvrije remvoering op een band van veerstaal drukken. Deze staalband zit vast op het buisprofiel. Toevoer van perslucht maakt de slede los. Bij een actieve rem blokkeert de slede bij aanwezigheid van perslucht. Na ontluchting kan de slede vrij bewegen (figuur 72). De rem kan belastingen vasthouden op om het even welke plaats van de cilinder.
Figuur 67: Doorsnede van een Lintra cilinder
Het buisprofiel heeft over de gehele lengte een gleuf waardoor de langsslede met de zuiger verbonden is (figuur 67). De afdichting van deze gleuf bestaat uit een afdichtingsband en een afdekband die goed in elkaar passen (figuur 68). Zij worden voortdurend samengedrukt en uit elkaar gehaald door de bewegende zuiger. De verbinding is enkel onderbroken in het gedeelte waar geen perslucht aanwezig is, d.w.z. tussen de twee buitenste zuigerpakkingen. Boringen van 16 tot 80 mm met een Figuur 68: Doorsnede van maximum slaglengte tot 8,5 m afhankelijk het afdichtsysteem van de boring. Standaard met regelbare buffers met inbegrip van de bufferhulzen in de deksels ingebouwd en bufferpakkingen op de zuiger. Vanaf boring Ø 25 mm is op één van de deksels een bijkomende aansluitpoort voorzien. Dit vormt een alternatief voor aansluiting op de twee deksels, aldus kunnen beide Figuur 69: Interne voedingen aangesloten worden aan geleiding dezelfde kant, op één deksel. De uitvoeringen met magneet kunnen voorzien worden van magneetschakelaars over de gehele lengte en dit in de voorziene groeven in het profiel. De sturing en
MET GEINTEGREERDE VENTIELEN Voor meer gebruiksvriendelijkheid en een compacter geheel, kan een uitvoering gebruikt worden met ingebouwde 3/2 ventielen in de deksels (figuur 73). Deze versie wordt gebruikt waar korte antwoordtijden vereist zijn voor een lange cilinder of een cilinder op grote afstand van de schakelkast, echter met beperkte bewegingssnelheid. Figuur 73: Geïntegreerd ventiel
26
BEVESTIGINGEN
GEBOGEN ZUIGERSTANGLOZE CILINDER
Op figuur 74 staan verschillende bevestigingen afgebeeld voor de cilinder en voor de belastingen. Voetbevestiging ‘C’ om de cilinder met de deksels te monteren. Omkeerslede ‘UV’ om een belasting onderaan te bevestigen of om de slede op een vaste constructie te monteren, waardoor de cilinder zelf kan bewegen. Om een grotere stevigheid te realiseren, kunnen tussensteunen ‘V’ geplaatst worden. Zeker bij grotere slaglengtes zijn één of meerdere tussensteunen aanbevolen. Een pendelbevestiging ‘S’ kan een hoekverdraaiing van de belasting van 8° opvangen in de verticale as van de cilinder.
Deze gebogen zuigerstangloze cilinder is een absolute baanbreker. Een kromming tot 180° is mogelijk, met krommingsstralen van 800, 1000, 1200, 1400 en 1600 mm. Beschikbaar in Ø 25, 32 en 40 mm.
CILINDERS VOOR DEURBEDIENINGEN
Figuur 74: Bevestigingen voor zuigerstangloze cilinders
Ontworpen voor het verplaatsen van hangende lasten. Dit nieuw aluminium profiel omvat twee functies: een aandrijfelement en een geleidingselement. Het aandrijfelement is een ingebouwde zuigerstangloze Lintra cilinder Ø 32 mm; het geleidingselement is een dubbele slede met kogelgelagerde rollen. De maximum belasting is 600 N, de maximum snelheid 1 m/s en de maximum slaglengte 5600 mm. Op de uiteinden kunnen hydraulische stootdempers bevestigd worden. Deze Lintra Carrier is de beproefde kant-en-klare oplossing om eigen constructies voor deurbedieningen te vermijden en die prijsgunstig is.
Met een kruissupport voor twee zuigerstangloze cilinders kunnen bewegingen in twee verschillende vlakken gerealiseerd worden. Een andere accessoire, hier niet afgebeeld, is een vrije hulpslede die op de zijkant van de cilinder bevestigd wordt. Deze slede is verbonden met de aandrijfslede door een zijslede. Een bevestigingsplaat voor montage van hydraulische stootdempers is eveneens beschikbaar.
ZWARE UITVOERING ZUIGERSTANGLOZE CILINDERS Voor uitvoeringen waarbij zware lasten met een grote precisie moeten verplaatst worden, wordt een stevig aluminium profiel met grote stijfheid gebruikt en een preciese geleiding met kogelbussen op gehard stalen geleidingen. Regelbare buffers en aanslag zijn standaard, met de mogelijkheid externe hydraulische stootdempers in de slede in te bouwen (figuur 75). Interne uitsparingen laten een inwendige bekabeling van de magneetschakelaars toe. Gleuven in T-vorm over de hele lengte van het profiel vergemakkelijken de montage van accessoires. Hiermee zijn heel wat toepassingen mogelijk, ondermeer als portaal of om lasten te heffen. Deze uitvoering is in feite een lineaire geleding met slede waar de zuigerstangloze cilinder is ingebouwd die de slede aandrijft.
CILINDERS MET DUBBELE SLAGLENGTE Voor toepassingen met grote verplaatsing, bestaat er bij de zuigerstangloze cilinders een uitvoering met dubbele slaglengte. De cilinders met dubbele slaglengte hebben een slaglengte dubbel zo groot als die van een conventionele zuigerstangloze cilinder met dezelfde afmetingen. Een vaste aandrijfslede is verbonden met een beweegbare vrije slede door middel van een getande riem en riemschijven in de deksels (de vrije slede is niet met de zuiger verbonden). Met dit systeem zijn twee werkmethodes mogelijk.
Figuur 75: Zware uitvoering zuigerstangloze cilinder
27
Wanneer de aandrijfslede bevestigd wordt, bewegen zowel cilinder als vrije slede door middel van de aandrijfriemen. Dit resulteert in een slaglengte dubbel zo groot als die van een standaard zuigerstangloze cilinder met dezelfde inbouwmaten. Er dient ook vermeld dat het mechanisch voordeel van de dubbele slag ook resulteert in een duwkracht die gehalveerd wordt (figuur 81). Een andere toepassing bestaat erin de cilinderbuis vast te monteren. Bij persluchttoevoer verplaatsen beide sledes zich synchroon in Figuur 81: Dubbele slaglengte tegengestelde richting en (slede bevestigd) leggen elk een enkele slag af (figuur 82).
CILINDERVARIANTEN Bij sommige reeksen cilinders zijn een aantal varianten beschikbaar om speciale toepassingen mogelijk te maken.
DOORLOPENDE ZUIGERSTANG Deze uitvoering heeft een zuigerstang die langs beide zijden van de cilinder doorkomt (figuur 76). Twee zware lagerbussen zorgen voor een grote stevige constructie en voor een hogere weerstand tegen dwarskrachten. Voor bepaalde toepassingen biedt de doorlopende zuigerstang een ideale oplossing. Het ene uiteinde van de stang voert de bewerking uit terwijl het andere uiteinde zorgt voor de bediening van de eindeloopschakelaars of een andere mechanisme. Het zuigeroppervlak is langs beide kanten gelijk. Dit kan nuttig zijn bij toepassingen waarbij de gelijkheid van drukken een gelijke kracht veroorzaakt aan beide zijden van de zuiger en deze dus in evenwicht houdt.
Figuur 76: Doorlopende zuigerstang
MEERSTANDENCILINDERS
Figuur 82: Principe van synchroon tegengestelde verplaatsingen
Twee of meer samengebouwde cilinders, waarvan de stangen in of uit een respectievelijke vaste stand bepalen, kunnen naargelang de bediening van deze cilinders een belasting naar verschillende vaste posities brengen (figuur 77).
TWIN-LINTRA cilinder Figuur 77: Twee cilinders voor meerstanden
TANDEM UITVOERING Deze uitvoering is bedoeld om een dubbele trekkracht te bekomen en de duwkracht bijna te verdubbelen bij een cilinder met een welbepaalde boring. Deze montage kan een alternatief zijn voor een cilinder met grotere boring, wanneer er voldoende ruimte is in lengte, maar met een beperkte breedte en hoogte. De constructie bestaat uit twee door een tussenstuk gescheiden cilinders met één gemeenschappelijke zuigerstang 28
en twee zuigers (figuur 78). De sturing van beide cilinders gebeurt via één stuurventiel of door twee indien het debiet van een enkel ventiel onvoldoende is. Men moet er voor zorgen dat een maximum kracht ontwikkeld wordt binnen de limieten voor doorbuiging van de zuigerstang.
STANDSTELLERS EN SERVOCILINDERS Een standsteller is een cilinder die rechtstreeks gestuurd wordt door een zeer gevoelig ventiel met een schuif zonder afdichtingen, met als gevolg dat de zuigerstang van de cilinder gelijk welke stand kan innemen over de ganse slaglengte. Deze positie blijft behouden zelfs bij veranderende belasting. Het servoventiel krijgt een analoog signaal van een stuurtoestel met een druk van 0.2 tot 2 bar, of een elektrisch signaal van 4 tot 20 mA. Dit signaal bepaalt de verplaatsing van de zuigerstang, en dit proportioneel met het signaal. Indien de belasting op de zuigerstang verandert, past het servoventiel de druk in de cilinder meteen aan zodat de stand van de zuigerstang onveranderd blijft.
Figuur 78: Tandem cilinder
DUPLEX UITVOERING Deze uitvoering is gelijkaardig aan de tandem, met dit verschil dat beide cilinders een afzonderlijke zuigerstang hebben en dat de achterste cilinder korter is dan de voorste. Bij aanloop is de duwkracht bijna verdubbeld tot einde slag van de kortste cilinder, nadien wordt de langste cilinder met normale duwkracht voortgedreven. Door alleen de kortste cilinder te bedienen, kunnen de gebruikers een tussenstand benutten. De langste cilinder kan dan vanuit deze stand bediend worden (figuur 79).
TOEPASSINGEN ZONDER TERUGKOPPELING Met drukregeling zonder terugkoppeling bedoelt men dat het stuursignaal enkel de regeling stuurt zonder feedbacksignaal. Als voorbeeld nemen wij een normale sturing van een servocilinder die een vlinderklep bedient (figuur 83).
Figuur 79: Duplex cilinder
UITEINDEN VAN DE ZUIGERSTANG OP MAAT Bij sommige toepassingen kunnen machine-onderdelen of mechanismen niet op het uiteinde van een standaard zuigerstang bevestigd worden. In dergelijke gevallen wordt de zuigerstang aangepast aan de specifieke vereisten van de klant. Enkele typische voorbeelden hiervan zijn speciale schroefdraad, binnenschroefdraad of verlengde schroefdraad (figuur 80).
Figuur 83: Standsteller zonder terugkoppeling 1 Standsteller
3 Precisie reduceerventiel
2 Vlinderklep
4 Manometer
TOEPASSINGEN MET TERUGKOPPELING Drukregeling met terugkoppeling betekent dat het reduceerventiel een terugmelding (feedback) ontvangt. Dit signaal dient om het uitgangssignaal van het reduceerventiel bij te sturen. In dit geval stuurt de standsteller ook een vlinderklep (figuur 84).
Figuur 80: Drie soorten schroefdraad op de stang
VOOR EXTREME TEMPERATUREN
1 Standsteller 2 Vlinderklep
De afdichtingen zijn de meest gevoelige onderdelen bij extreme omgevingstemperaturen. Hoge temperaturen maken de afdichtingen zacht met snelle slijtage als gevolg. Bij lage temperaturen verharden de afdichtingen en veroorzaken barsten. Indien cilinders bij hoge of lage temperaturen gebruikt worden, moet dit zeker duidelijk gespecifieerd worden. Zie voorgaand hoofdstuk betreffende afdichtingen.
3 Temperatuurvoeler 4 Warmtewisselaar 5 Warme vloeistof in 6 Koude vloeistof uit 7 Koud water in 8 Warm water uit
SPECIALE CILINDERS Voor specifieke toepassingen bestaan er speciale cilinders. Te weten, cilinders met dubbele slaglengte, standstellers, cilinders met ovale zuigerstang en slagcilinders.
Figuur 84: Sturing met terugkoppeling
29
INTEGRALE SERVOCILINDERS STANDSTELLERS IN-LIJN Deze standstellers geven een zuigerstangverplaatsing direct proportioneel aan het ingangssignaal en zijn beschikbaar in twee boringen 21/2" en 4", elk met zes slaglengtes van 75 tot 320 mm. Typische gebruiksmogelijkheden zijn het op afstand bedienen van regelkleppen, snelheidsverstellingen, branders, motorsnelheden en controle van het vermogen, kwartslagbediening van vlinderkleppen. Deze uitvoering is een compacte servocilinder met ingebouwde sturing. Voor het sturen van de cilinder wordt een zeer gevoelige, pakkingloze (bijna geen wrijving) schuif gebruikt. Dit heeft het mogelijk gemaakt een uiterst compacte unit te realiseren waarin de cilinder door een 5/3 ventiel met zeer preciese schuif bediend wordt. De terugkoppeling (feedback) is een veer, ondergebracht in de holle zuigerstang (figuur 85).
Figuur 86: Universele standsteller met een meetlat als terugkoppeling
WERKING STANDSTELLER Deze bestaat uit een servoventiel (h) met proportioneel debiet, een stuurbalg (g), twee manometers voor het controleren van de drukken en een terugkoppelmechanisme. De regelingen laten een nulpuntinstelling en een bandbreedte instelling toe. De standstellerkast kan naar wens zowel links als rechts van het cilinderlichaam gemonteerd worden. Het werkingsprincipe wordt geïllustreerd door figuur 87.
Figuur 85: Standsteller met vaste instellingen
De stand van de zuigerstang is steeds proportioneel overeenkomend met het analoog stuursignaal. Als in figuur 85 het stuursignaal (poort 12) verhoogt, dan worden het membraan en de 5/3 schuif naar rechts gedrukt. De verplaatsing van de schuif verhoogt de druk en persluchttoevoer naar de achterkant van de zuiger, terwijl de kamer aan stangzijde meer ontlucht wordt. De zuiger verplaatst zich naar links, de ingebouwde veer wordt meer uitgerokken en trekt het membraan opnieuw meer naar links. De schuif beweegt progressief terug naar zijn middenstand. Als de zuigerstang de positie bereikt heeft die overeenkomt met het stuursignaal, dan is de kracht van het stuursignaal en de veer (terugkoppeling) terug in evenwicht en de schuif komt in gesloten middenstand: een nieuwe evenwichtspositie is bereikt. Indien bij een bepaald stuursignaal de belasting op de stang plots stijgt, dan zal een kleine verplaatsing van de zuigerstang de veerkracht wijzigen en aldus het membraan en de 5/3 schuif een correctie laten uitvoeren. Er bestaat ook een model van deze standsteller met een I/P convertor (elektrisch pneumatisch) opgebouwd. Aldus kan met een elektrisch signaal van 4 tot 20 mA gestuurd worden.
Figuur 87: Universele standsteller
In ruststand bevindt de schuif van het ventiel (h) zich in de gesloten middenstand. Deze middenstand wordt bekomen door een evenwicht van krachten op de hefboom (e). Als het stuursignaal stijgt, dan drukt de hefboom (e) de schuif in het ventiel (h) omhoog, hierdoor wordt meer lucht naar de bodemzijde van de zuiger gestuurd en de zuigerstang beweegt uit. De zuigerstang beweegt de meetlat (i) die het rolletje (j) en de hefboom (b) naar beneden drukt. De trekkracht van de veer vergroot, de evenwichtshefboom (e) wordt opnieuw naar zijn evenwichtsstand gebracht waardoor de schuif in het ventiel (h) terug naar de middenstand beweegt. Als de cilinder in een stabiele positie staat, kan een verplaatsing veroorzaakt worden door een daling of een stijging van de axiale belasting op de zuigerstang. De permanente vergelijking uitgevoerd door de hefboom (e) tussen enerzijds de stuurdruk en anderzijds de exacte positie van de zuigerstang geeft aan de schuif van het ventiel (h) de nodige verplaatsing om het evenwicht precies te herstellen. De regeling van het nulpunt is mogelijk door de spanning van de terugkoppelveer (d) te wijzigen door middel van de nulpuntinstelling (c). De bandbreedte is het percentage van de slaglengte ten opzichte van het volledige regelbereik van de stuurdruk. Deze is regelbaar tussen 25 en 150%. Een standsteller kan gemonteerd worden om indirect te werken, d.w.z. dat de zuigerstang volledig uit is bij minimum stuurdruk en volledig ingetrokken is bij maximum stuurdruk. Voor zeer speciale toepassingen kan de proportionele regeling van de bandbreedte vervangen worden door een speciale kromme.
UNIVERSELE STANDSTELLER Een universele standsteller bestaat uit een standstellerkast gemonteerd op een dubbelwerkende cilinder met lage wrijving. Een terugkoppelmechanisme verbindt de zuigerstang met de standstellerkast. Het meest voorkomende stuursignaal is 0.2 tot 1 bar of 3 tot 15 psi. Het stuursignaal van 0.2 tot 1 bar komt overeen met de totale slaglengte van de cilinder. De meeste toepassingen zijn met terugkoppeling. 30
CILINDERS MET HOLLE ZUIGERSTANG
SLAGCILINDERS
Bij manipulatietoepassingen waar men “pick-and-place” eenheden of robotarmen gebruikt, worden zuignappen gemonteerd voor het opnemen van de onderdelen. Door het monteren van de zuignap op een holle zuigerstang kan de open neergaande beweging bekomen worden evenals de toevoer van het vacuüm. Op de bodemzijde van deze speciale cilinders is een aansluitpoort voorzien voor het vacuüm. Dit vacuüm zuigt langs de telescopische zuigerstang in de zuignap (figuur 88). Deze cilinder kan ook toegepast worden om een kleine spantang, gemonteerd op de stang, te voeden met perslucht. De zuigerstang is tegen verdraaiing beveiligd door twee platte kanten op de zuigerstang.
Het principe van de slagcilinder berust op het benutten van de energie opgehoopt in het geheel zuiger + zuigerstang, die zich met grote snelheid verplaatst. De schok op het einde van de slag is vergelijkbaar met een mokerslag. Door op het uiteinde van de zuigerstang een gereedschap of een stempel te bevestigen kunnen bepaalde persbewerkingen uitgevoerd worden. De potentiële energie van een slagcilinder wordt omgezet in arbeid, d.w.z. kracht x een bepaalde afstand. Heel wat toepassingen vragen korte felle slagen, zoals ponsen, knippen, persen of merken, stampen, klinken, plooien, nagelen, snijden, enz. Opgelet: Een slagcilinder levert een grote energie tijdens zijn slag, vergelijkbaar met een pers. De Europese veiligheidsnormen voor het afschermen van persen moeten toegepast worden. Om aan de plotse schokken te weerstaan, zijn zuiger en zuigerstang verwarmd gemonteerd en geblokkeerd door een schroef. De zuigerstang is uit hoogwaardig staal vervaardigd. De energie geleverd door elke cilinder is weergegeven op figuur 92. Deze waarden zijn geldig bij een druk van 5,5 bar en een onbelaste verplaatsing van de zuigerstang.
Figuur 88: Cilinder met holle zuigerstang
Toepassing voor vacuüm: Een geheel dat bestaat uit een cilinder, een miniatuur vacuümpomp op de bodem en een zuignap vooraan op de zuigerstang gemonteerd.
Figuur 90: Energiewaarden
WERKINGSPRINCIPE In de slagcilinder is een tussenstuk (zie figuren 91 en 93) met een zitting vanaf een kleinere diameter geplaatst op ongeveer 1/3 van de totale lengte van de cilinder. Het binnenoppervlak van de zitting is 1/9 van het oppervlak aan de andere kant van de zuiger.
Figuur 89: Een geheel voor vacuüm met holle zuigerstang
Figuur 91: Slagcilinder en ventiel
31
INSTALLATIE
Daarentegen zullen bij vele toepassingen zuiger en zuigerstang gestopt worden door het gereedschap op het einde van de bewerking. De grafiek (figuur 92) toont de kenmerken van de kinetische energie van zuiger en zuigerstang in verhouding tot de slag met verschillende werkdrukken.
De slagkracht van een slagcilinder is meer belastend voor de constructie van de machine dan bij een normale cilinder. Raadpleeg onze installatievoorschriften.
Figuur 92: Grafiek van kinetische energie
De werking van een slagcilinder wordt in 3 stappen geïllustreerd, zie figuur 93. 1ste stap: Het stuurventiel is in ruststand, de persluchtdruk aan stangzijde houdt de zuiger en de stang ingetrokken. Ontluchting aan bodemzijde. Het kleine volume tussen de zitting van de klep en de bovenste lippakking neemt de atmosferische druk aan via een kleine gecalibreerde smoring. Slechts 1/9 van de zuigeroppervlakte is nog operationeel. 2de stap: Het ventiel schakelt en de kamer aan bodemzijde komt onder druk. De kamer aan dekselzijde ontlucht. De zuiger verplaatst zich niet omdat het drukverschil de nodige verhouding 9/1 nog niet overtreft. 3de stap: De voldoende opbouw van het drukverschil veroorzaakt nu ook voldoende kracht om de zuiger in beweging te brengen. Hierdoor komt de druk plots op het volledig oppervlak van de zuiger. Doordat de kamer aan stangzijde zowat totaal ontlucht is, krijgen zuiger en zuigerstang plotseling een zeer grote versnelling welke tot 10 m/s kan oplopen. Het maximum rendement wordt bekomen door gebruik te maken van het gedeelte van de slaglengte tussen 50 en 75 mm.
Figuur 94: Frame met vier kolommen
Figuur 93: De 3 stappen van de werking van een slagcilinder
32
ONDERHOUD EN SMERING
VEILIGHEID
Cilinders zijn de werkpaarden in de pneumatiek. Zij worden geleverd met levensduursmering die voldoende is om een goede levensduur te krijgen bij gebruikelijke toepassingen. De kwaliteit van de perslucht is van primaire invloed op de levensduur. Een goede filtering is belangrijk bij het voorkomen van interne schade van de cilinder. In de regel is voor wat betreft cilinders een maaswijdte van 40 of 50 µm voldoende om schadelijke verontreinigingen te voorkomen. Weliswaar worden waterdruppels door een goede filter wel uit de perslucht verwijderd maar waterdamp niet. Met waterdamp verzadigde perslucht zal in een cilinder water doen condenseren, als er arbeid geleverd wordt en dus komt er dan toch water in de cilinder. Op zich is dit niet zo erg want water heeft ook smerende eigenschappen, maar indien de hoeveelheid water te groot wordt, zal het de goede werking van de cilinder belemmeren en corrosie veroorzaken. Verder kan het gebeuren dat pakkingen vastvriezen bij een temperatuur beneden het vriespunt. Smering van de perslucht met een smeertoestel verlengt de levensduur. Deze verlenging is echter marginaal als het een lichte toepassing betreft en de kwaliteit van de perslucht hoog is. Zodra toepassingen zwaar zijn dient smering toegepast te worden om een lange levensduur te verkrijgen. Verzwarende factoren bij toepassingen zijn hoge bewegingssnelheid, zware belasting (bijvoorbeeld door stoten), externe vervuiling en lage of hoge omgevingstemperatuur. Er zijn voor speciale toepassingen ook speciale smeermiddelen ontwikkeld. Hierbij denkt men aan smeermiddelen voor de voedselindustrie (niet-giftig), voor extreem lage temperaturen. Het is belangrijk om de smering te onderhouden: - Bij lichte toepassingen kan de cilinder dus werken zonder bijkomende smering, maar wel met de originele levensduursmering. - Bij zware toepassingen is het raadzaam om te smeren, maar de gesmeerde perslucht zal de vetachtige levensduursmering oplossen en afvoeren met de afblaaslucht. Daardoor wordt het dan nodig om te blijven werken met gesmeerde perslucht. Lege of nietwerkende smeertoestellen zijn naast vervuilde perslucht één van de belangrijkste oorzaken bij korte levensduur van cilinders. Voor meer informatie over persluchtverzorging verwijzen wij naar onze brochure ‘Schone Perslucht’. De grotere cilinders kunnen gedemonteerd worden om de slijtdelen (afdichtingen) te vervangen. Hiermee kan de levensduur van cilinders verder verlengd worden.
Norgren ontwerpt, fabriceert en test zijn producten zodanig dat deze geen gevaar opleveren wanneer ze volgens de regels van de kunst gebruikt worden. De in deze brochure besproken producten zijn ontworpen voor toepassingen met perslucht.
AANBEVOLEN SMEERMIDDELEN
Voor elke onderhoud- of herstellingswerkzaamheid: - Voorkom elke val of beweging van een mechanisch gedeelte. - Sluit de persluchttoevoer af en ontlucht de installatie. Beveilig deze toestand door middel van vergrendelbare afsluitkranen met ontluchting. - Schakel de elektrische voeding van de machine uit.
Respecteer steeds de elementaire veiligheidsvereisten zoals hieronder weergegeven! - Gebruik geen elementen in toepassingen waar de elektrische spanning of de persluchtdruk buiten de waarden vallen die in de gebruiksvoorschriften opgegeven worden. - Perslucht kan van nature uit bij bepaalde toepassingen zekere risico’s of gevaren veroorzaken. - Stel uzelf in kennis van de richtlijnen, EN-normen en eventuele andere reglementeringen betreffende de veiligheid en de toepassing hiervan op de gebruikte producten. - Norgren producten gebruikt in onder druk staande systemen, al dan niet geautomatiseerd, kunnen tengevolge van een verkeerd gebruik defecten vertonen. Machineontwerpers en -constructeurs moeten door een grondige risicoanalyse alle mogelijke risico’s bepalen, zodanig dat alle materiële en lichamelijke schade kan voorkomen worden. - In alle gevallen moet het onder druk brengen van een pneumatische cilinder bij de opstart progressief gebeuren om bruuske verplaatsingen zoals ongecontroleerd uitgaan van de zuigerstang te voorkomen (installatie van een aanloop-startventiel is hier aanbevolen). - Voorzie de nodige blokkeringen en afscherming van bewegende machinedelen om alle verticale (val)bewegingen te voorkomen (“passieve” klemsystemen, mechanische vergrendelingen, blokkeerventielen, gestuurde terugslagkleppen, enz.). - Controleer of de bevestigingsbouten van de cilinderbevestigingen op de mechanische delen correct aangespannen zijn vooraleer de installatie onder druk te brengen.
Oliesoorten voor smeertoestellen: Cilinders en ventielen bij een omgevingstemperatuur van ongeveer +20°C BP Energol HLP32 Shell Morlina 32 Esso Nuto H32 Texaco Rando Oil HD32 Fina Hydran 32 Q8 Haydn 32 Mobil D.T.E. Oil Light Teflon Fin Lube PN32 Speciale olie voor de voedingsnijverheid: Teflon Oil Fin Food Lube PN32 Bij extreem hoge of lage temperaturen: Raadpleeg onze technische dienst a.u.b. Voor snelroterend pneumatische gereedschap: BP Energol HLP10 Esso Nuto H15 Castrol Hyspin AWS10 Total Azolla ZS10 Te gebruiken vet (bij eventuele reparatie): Alvania R3 (Shell) Gulfex Moly (Gulf) Top 2000 (Autol) 33
Theoretische kracht en luchtverbruik van dubbelwerkende cilinders Krachten van cilinders in N - Luchtverbruik in Nl per cm slag Boring mm of “ mm 10 mm 10 16 mm
16
20 mm
20
25 mm
25
1”1/4
31,75
32 mm
32
40 mm
40
1”3/4
50 mm
2”
63 mm
2’’1/2
3”
44,45
50
50,8
63
63,5
76,2
80 mm
80
100 mm
100
4”
101,6
125 mm
125
5”
127
6”
152,4
160 mm
160
200 mm
200
8”
203,2
250 mm
250
10”
254
12”
320 mm
14”
304,8
320
355,6
stang mm kracht bij uitgaande slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag kracht bij uitgaande slag luchtverbruik kracht bij intrekkende slag
4 6 8 10
3/8” 1/2”
9,525 12,7
12
16
7/16” 5/8”
11,11 15,88
20
5/8” 3/4” 1”
15,88 19,05 25,40
20
5/8” 1” 1"1/4
15,88 25,40 31,75
1” 1”1/4
25,40 31,75
25
25
1” 1”1/4
25,40 31,75
32
1”1/4 1”1/2
31,75 38,10
1”1/2 1”3/4
38,10 44,45
40
40
1”3/4 2”1/4
44,45 57,15
50
2”1/4 3”
57,15 76,20
2”1/4 3”
57,15 76,20
63
2”1/4
57,15
Druk (in bar) 1 2 3 4 5 6 7 7,7 15,4 23,1 30,8 38,5 46,2 53,9 6,5 12,9 19,4 25,9 32,4 38,8 45,3 19,7 39,4 59,2 78,9 98,6 118,3 138,1 17,0 33,9 50,9 67,8 84,8 101,7 118,7 30,8 61,6 92,5 123,3 154,1 184,9 215,7 25,9 51,8 77,7 103,6 129,4 155,3 181,2 48,2 96,3 144,5 192,6 240,8 288,9 337,1 40,4 80,9 121,3 161,8 202,2 242,7 283,1 77,7 155,3 233,0 310,7 388,3 466,0 543,7 0,016 0,024 0,032 0,039 0,047 0,055 0,063 70,7 141,4 212,0 282,7 353,4 424,1 494,7 65,2 130,5 195,7 261,0 326,2 391,5 456,7 78,9 157,8 236,7 315,6 394,5 473,4 552,3 0,016 0,024 0,032 0,039 0,047 0,055 0,063 67,8 135,6 203,4 271,2 339,0 406,8 474,6 123,3 246,6 369,8 493,1 616,4 739,7 862,9 0,025 0,037 0,050 0,062 0,075 0,088 0,100 103,6 207,1 310,7 414,2 517,8 621,3 724,9 152,2 304,5 456,7 608,9 761,2 913,4 1065,6 0,032 0,047 0,062 0,078 0,093 0,109 0,124 142,7 285,4 428,1 570,9 713,6 856,3 999,0 132,8 265,6 398,4 531,3 664,1 796,9 929,7 192,6 385,2 577,9 770,5 963,1 1155,7 1348,3 0,041 0,061 0,081 0,101 0,121 0,142 0,162 161,8 323,6 485,4 647,2 809,0 970,8 1132,6 198,8 397,7 596,5 795,3 994,2 1193,0 1391,8 0,041 0,061 0,081 0,101 0,121 0,142 0,162 179,4 358,8 538,2 717,7 897,1 1076,5 1255,9 170,9 341,7 512,6 683,5 854,4 1025,2 1196,1 149,1 298,2 447,4 596,5 745,6 894,7 1043,9 305,8 611,6 917,4 1223,2 1529,0 1834,8 2140,6 0,063 0,095 0,127 0,158 0,190 0,221 0,253 275,0 550,0 824,9 1099,9 1374,9 1649,9 1924,9 310,7 621,3 932,0 1242,7 1553,4 1864,0 2174,7 0,063 0,095 0,127 0,158 0,190 0,221 0,253 291,3 582,5 873,8 1165,0 1456,3 1747,5 2038,8 261,0 521,9 782,9 1043,9 1304,8 1565,8 1826,8 233,0 466,0 699,0 932,0 1165,0 1398,0 1631,0 447,4 894,7 1342,1 1789,5 2236,9 2684,2 3131,6 0,091 0,137 0,182 0,228 0,273 0,319 0,365 397,7 795,3 1193,0 1590,7 1988,3 2386,0 2783,6 369,7 739,4 1109,1 1478,8 1848,5 2218,2 2587,9 493,1 986,2 1479,3 1972,4 2465,5 2958,6 3451,7 0,100 0,150 0,201 0,251 0,301 0,352 0,402 444,9 889,9 1334,8 1779,8 2224,7 2669,7 3114,6 770,5 1540,9 2311,4 3081,9 3852,4 4622,8 5393,3 0,162 0,243 0,324 0,405 0,486 0,567 0,648 722,3 1444,6 2167,0 2889,3 3611,6 4333,9 5056,2 795,3 1590,7 2386,0 3181,3 3976,6 4772,0 5567,3 0,162 0,243 0,324 0,405 0,486 0,567 0,648 745,6 1491,2 2236,9 2982,5 3728,1 4473,7 5219,3 717,7 1435,3 2153,0 2870,6 3588,3 4306,0 5023,6 1203,9 2407,7 3611,6 4815,5 6019,3 7223,2 8427,1 0,253 0,380 0,506 0,633 0,760 0,866 1,013 1125,0 2249,9 3374,9 4499,9 5624,9 6749,8 7874,8 1242,7 2485,4 3728,1 4970,8 6213,5 7456,2 8698,9 0,253 0,380 0,506 0,633 0,760 0,866 1,013 1165,0 2330,1 3495,1 4660,1 5825,2 6990,2 8155,2 1130,9 2261,7 3392,6 4523,4 5654,3 6785,1 7916,0 1789,5 3579,0 5368,5 7157,9 8947,4 10736,9 12526,4 0,365 0,547 0,729 0,911 1,094 1,276 1,458 1677,6 3355,3 5032,9 6710,6 8388,2 10065,9 11743,5 1637,3 3274,5 4911,8 6549,0 8186,3 9823,5 11460,8 1972,4 3944,8 5917,2 7889,7 9862,1 11834,5 13806,9 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,41 1,61 1849,1 3698,3 5547,4 7396,6 9245,7 11094,8 12944,0 3081,9 6163,8 9245,7 12327,6 15409,5 18491,4 21573,3 0,648 0,972 1,296 1,621 1,945 2,269 2,593 2958,6 5917,2 8875,9 11834,5 14793,1 17751,7 20710,4 3181,3 6362,6 9543,9 12725,2 15906,5 19087,9 22269,2 0,648 0,972 1,296 1,621 1,945 2,269 2,593 3029,1 6058,2 9087,2 12116,3 15145,4 18174,5 21203,6 2929,7 5859,3 8789,0 11718,7 14648,3 17578,0 20507,6 4815,5 9630,9 14446,4 19261,9 24077,3 28892,8 33708,3 1,013 1,519 2,026 2,532 3,039 3,545 4,052 4622,8 9245,7 13868,5 18491,4 23114,2 27737,1 32359,9 4970,8 9941,6 14912,4 19883,2 24854,0 29824,8 34795,6 1,013 1,519 2,026 2,532 3,039 3,545 4,052 4719,1 9438,3 14157,4 18876,6 23595,7 28314,9 33034,0 4523,4 9046,8 13570,3 18093,7 22617,1 27140,5 31664,0 7157,9 14315,9 21473,8 28631,8 35789,7 42947,7 50105,6 1,459 2,188 2,918 3,647 4,377 5,106 5,836 6906,3 13812,6 20718,9 27625,2 34531,5 41437,8 48344,1 6710,6 13421,1 20131,7 26842,3 33552,9 40263,4 46974,0 7889,7 15779,3 23669,0 31558,7 39448,3 47338,0 55227,6 1,61 2,41 3,22 4,02 4,82 5,63 6,43 7583,9 15167,7 22751,6 30335,4 37919,3 45503,2 53087,0 9742,8 19485,5 29228,3 38971,0 48713,8 58456,6 68199,3 1,986 2,979 3,972 4,965 5,958 6,851 7,945 9491,1 18982,2 28473,3 37964,5 47455,6 56946,7 66437,8
34
8 61,6 51,8 157,8 135,6 246,6 207,1 385,2 323,6 621,3 0,071 565,4 521,9 631,2 0,071 542,4 986,2 0,113 828,4 1217,8 0,140 1141,7 1062,5 1540,9 0,182 1294,4 1590,7 0,182 1435,3 1367,0 1193,0 2446,4 0,285 2199,9 2485,4 0,285 2330,1 2087,7 1864,0 3579,0 0,410 3181,3 2957,6 3944,8 0,452 3559,6 6163,8 0,729 5778,6 6362,6 0,729 5965,0 5741,3 9630,9 1,139 8999,8 9941,6 1,139 9320,2 9046,8 14315,9 1,641 13421,1 13098,0 15779,3 1,81 14793,1 24655,2 2,917 23669,0 25450,5 2,917 24232,6 23437,3 38523,7 4,558 36982,8 39766,4 4,558 37753,2 36187,4 57263,6 6,565 55250,4 53684,6 63117,3 7,24 60670,9 77942,1 8,938 75928,9
9 69,3 58,2 177,5 152,6 277,4 233,0 433,4 364,0 699,0 0,079 636,1 587,2 710,1 0,079 610,2 1109,5 0,125 932,0 1370,1 0,155 1284,4 1195,3 1733,6 0,203 1456,2 1789,5 0,203 1614,7 1537,8 1342,1 2752,2 0,316 2474,8 2796,1 0,316 2621,3 2348,7 2097,1 4026,3 0,456 3579,0 3327,3 4437,9 0,502 4004,5 6934,3 0,810 6500,9 7157,9 0,810 6710,6 6458,9 10834,8 1,266 10124,7 11184,3 1,266 10485,3 10177,7 16105,4 1,823 15098,8 14735,3 17751,7 2,01 16642,3 27737,1 3,241 26627,6 28631,8 3,241 27261,7 26367,0 43339,2 5,065 41605,6 44737,2 5,065 42472,3 40710,8 64421,5 7,295 62156,7 60395,2 71007,0 8,04 68254,8 87684,8 9,931 85420,0
10 77,0 64,7 197,2 169,5 308,2 258,9 481,5 404,5 776,7 0,087 706,8 652,4 789,0 0,087 678,0 1232,8 0,138 1035,5 1522,3 0,171 1427,2 1328,1 1926,2 0,223 1618,0 1988,3 0,223 1794,1 1708,7 1491,2 3058,0 0,348 2749,8 3106,7 0,348 2912,6 2609,7 2330,1 4473,7 0,501 3976,6 3697,0 4931,0 0,552 4449,5 7704,7 0,891 7223,2 7953,3 0,891 7456,2 7176,6 12038,7 1,393 11249,7 12427,0 1,393 11650,3 11308,6 17894,9 2,005 16776,4 16372,6 19724,2 2,21 18491,4 30819,0 3,565 29586,2 31813,1 3,565 30290,8 29296,6 48154,7 5,571 46228,5 49708,0 5,571 47191,5 45234,2 71579,5 8,024 69063,0 67105,7 78896,6 8,84 75838,6 97427,6 10,924 94911,1
ENKELE TOEPASSINGEN
Nieuwe kermisattracties worden onderworpen aan bijzonder strenge veiligheidstesten.
Deze krachtige Norgren cilinders zorgen voor snelheid, stabiliteit en absolute veiligheid.
De ophanging en de stabiliteit van deze revolutionaire 125cc crossmotor is volledig pneumatisch uitgevoerd met Norgren cilinders.
Dozen vouwen om goederen te verpakken. Norgren cilinders werken bedrijfszeker en met een lange levensduur.
In België:
IMI Norgren N.V. In Nederland: Fr. Walravensstraat 84, 1651 Lot (Beersel) Telefoon: (02) 376.60.20 Telefax: (02) 376.26.34
[email protected]
Het logo, ‘Norgren’ en ‘IMI’ zijn gedeponeerde merken. © IMI Norgren 2000
IMI Norgren B.V. Kabelweg 50, 1014 BBAmsterdam Postbus 8012, 1005 AAAmsterdam Telefoon: (020) 6822751 Telefax: (020) 6820983
[email protected]
