Das Manometer im Werk zeigt 6 bar. Spannen vier pneumatische Schraubstöcke trotzdem in 0,3 Sekunden? Das Manometer allein beantwortet diese Frage nicht. Es zeigt den Druck an einem Ort zu einem Zeitpunkt. Es zeigt weder den Luftbedarf jeder Bewegung noch den Druckabfall, wenn weitere Verbraucher aktiv sind.
Verwenden Sie drei getrennte Größen. Der Luftverbrauch pro Zyklus, multipliziert mit der Zyklusrate, bestimmt den mittleren Bedarf des Leitungszweigs und des Kompressors. Der Volumenstrom während der kürzesten Bewegung bestimmt die Auslegung von Filter, Regler, Ventil, Schlauch, Anschlüssen und Entlüftung. Der Mindestdruck an der Vorrichtung während der Bewegung ist das abschließende Abnahmeergebnis.
Die Freigaberegel:
Pfixture,min ≥ Pdevice,min + freigegebene Projektreserve, wobei auch die Spann- oder Lösebewegung innerhalb ihrer Zeitgrenze abgeschlossen sein muss. Wird eine der beiden Bedingungen nicht erfüllt, ist der Druckluftweg nicht abgenommen.
Drei Druckluftgrößen beantworten drei verschiedene Fragen
| Größe | So ermitteln Sie sie | Was sie bestimmt |
|---|---|---|
| Referenzluftvolumen pro Zyklus | Addieren Sie die Luft, die bei jedem Spannen und Lösen gefüllt und entlüftet wird, sowie das Leitungsvolumen, das in jedem Zyklus gefüllt und entlüftet wird. | Eingangsgröße für den mittleren Bedarf des Leitungszweigs und die Energieschätzung. |
| Über den Hub gemittelter erforderlicher Volumenstrom | Teilen Sie das Referenzluftvolumen einer Bewegung durch die zulässige Bewegungszeit. Addieren Sie zeitlich überlappende Verbraucher. | Erster Volumenstrom-Zielwert für den lokalen Druckluftweg. |
| Dynamischer Mindestdruck an der Vorrichtung | Zeichnen Sie den Druck am Vorrichtungseingang während der ungünstigsten geplanten Überlappung auf. | Bestanden oder nicht bestanden anhand der Anforderung des konkreten Spannmittels. |
Bezeichnen Sie den zweiten Wert nicht als exakten momentanen Spitzenwert. Der tatsächliche Volumenstrom verändert sich während des Hubs, während sich der Druck aufbaut. Verwenden Sie für die endgültige Auswahl die Durchflusskennlinie des gewählten Bauteils oder Daten nach ISO 6358. Der SMC-Auslegungsrechner unterscheidet ebenfalls zwischen Zyklusverbrauch und erforderlichem Volumenstrom.
FRL steht für Filter, Druckregler und Öler. Die Buchstaben benennen drei Funktionen; sie schreiben nicht vor, dass jeder Kreis alle drei benötigt. Die Gerätehandbücher bestimmen die erforderliche Druckluftklasse und ob Öl erforderlich, zulässig oder verboten ist.
Das Auslegungsblatt benötigt acht genaue Eingaben
Füllen Sie dieses Blatt für die tatsächliche Zelle aus. Ein leeres Feld bedeutet einen Stopp für die Auslegung und ist keine Aufforderung, einen Wert von einer anderen Maschine zu übernehmen.
| Eingabe | Dies erfassen | Nachweis |
|---|---|---|
| Spannmittel | Genaues Modell des Schraubstocks, der Platte, des Zylinders oder des Druckübersetzers sowie Schaltungstyp. | Aktuelle Zeichnung und Betriebsanleitung. |
| Antriebsdaten | Luftverbrauch pro Betätigung laut Lieferant oder Bohrungsdurchmesser, Kolbenstange, Hub und Arbeitsdruck für jede beaufschlagte Kammer. | Modelldatenblatt. |
| Bewegungsziel | Zulässige Zeit zum Spannen und Lösen, gemessen vom Befehl bis zur erforderlichen Bestätigung. | Zellenablauf und Abnahmeplan. |
| Zeitlicher Bedarf | Zyklen pro Minute, Anzahl gleichzeitig bewegter Einheiten sowie Start- und Endzeit jedes Druckluftverbrauchers. | Zeitdiagramm der speicherprogrammierbaren Steuerung (PLC) oder Protokoll des Trockenlaufs. |
| Versorgung | Niedrigster Druck der Hauptleitung während des Betriebs des Werks und dieser Zelle. | Aufgezeichneter Druck, nicht der Druck auf dem Kompressor-Typenschild. |
| Druckluftweg | Konkreter Filter, Regler, Ventil, Schalldämpfer, Schnellkupplung, Anschluss, Schlauchinnendurchmesser und Schlauchlänge. | Artikelnummern und Anordnung. |
| Weitere Verbraucher | Robotergreifer, Sitzkontrolle, Luftspülung, Späneabblasung, Leckage und etwaiger Druckübersetzerbedarf am selben Leitungszweig. | Lieferantenkennlinien und gemessene Einschaltdauer. |
| Abnahmegrenzen | Gerätemindestdruck, niedrigster zutreffender Höchstdruck, zulässige Bewegungszeit, freigegebene Reserve und Druckluftreinheitsklasse. | Konstruktionsprüfung und Betriebsanleitung des konkreten Geräts. |
Warum die beiden Zylinderkammern getrennt berechnet werden müssen
Verwenden Sie den veröffentlichten Luftverbrauch pro Betätigung des Lieferanten, sofern er zum konkreten Modell und Druck passt. Verwendet das Gerät einen bekannten doppeltwirkenden Zylinder mit einseitiger Kolbenstange, berechnen Sie Kolbenseite und Stangenseite getrennt. Die Kolbenstange beansprucht Raum; deshalb ist es falsch, eine Kammer einfach mit zwei zu multiplizieren.
Absolutdruck ist der angezeigte Überdruck plus der örtliche Atmosphärendruck: Pabs = Pgauge + Patm,local. Absolute Temperatur wird in Kelvin angegeben: T(K) = T(°C) + 273,15. Verwenden Sie im folgenden Temperaturverhältnis für beide Werte Kelvin. Mit Bohrungsdurchmesser D, Kolbenstangendurchmesser d und Hub L in Millimetern:
Vextend = π × D² × L ÷ (4 × 1.000.000)
Vretract = π × (D² − d²) × L ÷ (4 × 1.000.000)
Beide Ergebnisse sind das geometrische Kammervolumen in Litern. Rechnen Sie das Kammervolumen in Referenzliter um mit Vref = Vchamber × (Pabs ÷ Pref) × (Tref ÷ Tabs). Verwenden Sie Absolutdruck und absolute Temperatur.
Im folgenden Rechenbeispiel ist ein Referenzliter die Luftmenge bei 1,00 bar absolut und 20°C. Erfassen Sie die Feuchteregel des Bauteillieferanten. Verwendet ein anderes Datenblatt Standardkubikfuß pro Minute (SCFM), Normliter pro Minute (Nl/min) oder L/min bei seinem ANR-Referenzzustand (auf den angegebenen Katalogdruck, die Temperatur und Feuchte bezogenes Luftvolumen), übernehmen Sie dessen angegebenen Referenzdruck, Temperatur und Feuchte, bevor Sie den Wert umrechnen. ISO 8778 definiert eine Standard-Referenzatmosphäre für pneumatische Daten.
Rechenbeispiel: ein kleiner doppeltwirkender Antrieb
Dies ist ein Planungsbeispiel, keine Leistungsangabe für ein NEXTAS-Produkt. Der Zylinder hat eine Bohrung von 50 mm, eine Kolbenstange von 20 mm und einen Hub von 25 mm. Der Versorgungsdruck beträgt 6 bar Überdruck. Referenzdruck und örtlicher Atmosphärendruck werden beide mit 1 bar absolut angesetzt. Versorgungs- und Referenztemperatur sind gleich.
- Geometrisches Volumen der Kolbenseite: 0,0491 L.
- Geometrisches Volumen der Stangenseite: 0,0412 L.
- Luft zum Ausfahren im Referenzzustand: 0,3436 L.
- Luft zum Einfahren im Referenzzustand: 0,2886 L.
- Ein vollständiger Aus- und Einfahrzyklus: 0,6322 Referenz-L, bevor Leitungsvolumen oder Leckage hinzugerechnet werden.
Bei sechs vollständigen Zyklen pro Minute benötigt der Antrieb im Mittel etwa 3,8 Referenz-L/min. Muss das Ausfahren in 0,25 Sekunden abgeschlossen sein, beträgt der über den Hub gemittelte erforderliche Volumenstrom etwa 82,5 Referenz-L/min. Das Einfahren in 0,25 Sekunden benötigt etwa 69,3 Referenz-L/min. Das Ereignis mit 82,5 L/min und nicht der Zyklusmittelwert von 3,8 L/min ist der erste Auslegungsfall.
Addieren Sie nur Schlauch- oder Totvolumen, das während dieser Bewegung gefüllt und entlüftet wird. Addieren Sie kontinuierliche Spülung oder Leckage als Volumenstrom, multipliziert mit der tatsächlichen Einschaltdauer. Addieren Sie ein Volumen in Litern nicht direkt zu einem Volumenstrom in Litern pro Minute.
Das Überlappungsfenster bestimmt den höchsten Bedarf
Eine Zelle kann einen niedrigen Durchschnittsbedarf und einen hohen Bedarf für eine Viertelsekunde haben. Tragen Sie jeden Verbraucher auf einer gemeinsamen Zeitachse ein. Addieren Sie anschließend nur die Volumenströme innerhalb überlappender Zeitfenster.
| Zeitfenster | Aktiver Verbraucher | Volumenstrom im Berechnungsblatt |
|---|---|---|
| 0,00–0,25 s | Zwei Beispielzylinder fahren gleichzeitig aus. | 2 × 82,5 = 165 Referenz-L/min. |
| 0,10–0,60 s | Eine Späneabblasdüse ist aktiv. | Addieren Sie den genauen Düsenvolumenstrom aus ihrer Druck-/Durchflusskennlinie. Nennen Sie ihn Qblow. |
| 0,10–0,25 s | Beide Vorgänge überlappen sich. | 165 + Qblow. Dies ist das größte Ereignis im Berechnungsblatt. |
| 0,25–0,60 s | Nur die Späneabblasung bleibt aktiv. | Qblow. |
Wird der Abblasbefehl auf einen Start bei 0,25 Sekunden verschoben, ändert sich der kombinierte Fall von 165 + Qblow auf den größeren der Werte 165 oder Qblow. Diese zeitliche Änderung kann die erforderliche Spitzenbereitstellung verringern, ohne den Schraubstock zu ändern. Prüfen Sie, dass Späneabfuhr, Aufsetzen und Zykluslogik dadurch nicht beeinträchtigt werden.
Ein gewöhnlicher Druckschalter verbraucht nahezu keine Prozessluft. Ein pneumatischer Messkreis oder eine offene Düse kann kontinuierlich Luft verbrauchen. Verwenden Sie die konkrete Mess- oder Düsenkennlinie. Auch ein Druckübersetzer hat einen eigenen Luftverbrauch und eine Nachfüllzeit. Behandeln Sie keinen der beiden als pauschalen Zuschlag.
Die Anschlussgröße ist keine Durchflussangabe
Ein 1/4-Zoll-Anschluss bezeichnet die Gewindegröße. Er sagt nicht aus, welcher Ausgangsdruck bei 165 L/min verbleibt. Zwei Regler mit demselben Anschluss können unterschiedliche Durchflusskennlinien und Druckverluste haben.
- Filter: übernehmen Sie die erforderliche Druckluftreinheitsklasse vom empfindlichsten nachgeschalteten Gerät. Ermitteln Sie auf der Kennlinie des konkreten Filters den Druckverlust beim kombinierten Ereignisvolumenstrom. Ein feinerer Filter erhöht den Widerstand; wählen Sie ihn daher nur, wenn Gerät oder Prozess ihn benötigt.
- Druckregler: verwenden Sie den niedrigsten gemessenen Eingangsdruck, den gewählten Einstelldruck und den Ereignisvolumenstrom. Laut Kennlinie muss der Ausgangsdruck über dem Vorrichtungsmindestdruck zuzüglich freigegebener Reserve bleiben.
- Ventil: prüfen Sie Spannen und Lösen bei ihren tatsächlichen Ein- und Ausgangsdrücken. Verwenden Sie die Durchflusskennlinie oder angegebenen Durchflusskapazitätsdaten des Herstellers, einschließlich Daten nach ISO 6358, falls bereitgestellt. Berücksichtigen Sie Abluftanschluss und Schalldämpfer.
- Schlauch und Anschlüsse: verwenden Sie den tatsächlichen Innendurchmesser, die Länge, Bögen, Hohlschraubenanschlüsse, Schnellkupplungen und Verteiler. Prüfen Sie die Druckverlustdaten des Lieferanten oder testen Sie den montierten Druckluftweg.
- Öler: bauen Sie ihn nur ein, wenn jedes betroffene nachgeschaltete Bauteil dieses Öl benötigt oder zulässt. Verbietet ein Bauteil Öl, ist ein gemeinsamer Öler nicht zulässig.
Das Druckluft-Handbuch des U.S. Department of Energy benennt zu klein dimensionierte Bauteile an der Verbrauchsstelle als Ursache für Druckabfall und empfiehlt die Druckverlustdaten des Herstellers. Das Betriebshandbuch von Festo weist ebenfalls darauf hin, dass jeder Filter den Durchflusswiderstand erhöht und die Größe der Wartungseinheit vom gesamten Luftverbrauch abhängt.
Erfassen Sie die in der Geräteanleitung geforderte Druckluftreinheitsklasse nach ISO 8573-1. Legen Sie die Prüf- und Austauschregel anhand der Anleitung des gewählten Filters oder seiner Zustandsanzeige fest. Ersetzen Sie dies nicht durch eine pauschale Mikronklasse oder ein Kalenderintervall.
Ein Druckluftbehälter deckt nur eine berechnete Unterversorgung ab
Ein lokaler Druckluftbehälter speichert Druckluft und ist keine Nullpunktaufnahme zum Positionieren und Spannen einer Palette. Der englische Formelbegriff receiver bezeichnet hier diesen Luftspeicher. Er kann eine kurze Volumenstromlücke nur mit ausreichend nutzbarem Druckbereich und Zeit zum Nachfüllen überbrücken. Die folgende annähernd isotherme Abschätzung setzt voraus, dass die Lufttemperatur während des Ereignisses nahezu konstant bleibt:
Vreceiver ≈ Qnet × t × Pref ÷ (Phigh,abs − Plow,abs), wobei Qnet der nach Berücksichtigung des vorgeschalteten Volumenstroms noch fehlende Bedarf in Referenz-L/s ist; t in Sekunden angegeben wird; Pref der absolute Referenzdruck ist; und Phigh,abs − Plow,abs der zulässige Behälterdruckabfall vom Beginn bis zum Ende des Ereignisses ist. Verwenden Sie für alle drei Drücke dieselbe Druckeinheit.
Prüfen Sie das Ergebnis erneut anhand von Temperatur, Ventilreaktion, Nachfüllzeit und tatsächlichem Ereignisverlauf. Der Behälter benötigt außerdem eine gültige Druckfreigabe, Überdruckschutz, Entwässerung, Absperrung und die Einhaltung örtlicher Druckbehältervorschriften. Er behebt keinen blockierten Anschluss und keine eingeschränkte Entlüftung.
Auch ein pneumatisch-hydraulischer Druckübersetzer ist modellspezifisch. Erfassen Sie Übersetzungsverhältnis, Luftverbrauch, Ölverdrängung, maximalen Lufteingangsdruck, maximalen Hydraulikausgangsdruck, Nachfüllzeit und sicheren Zustand bei Luftausfall. Leiten Sie diese Werte niemals aus einem allgemeinen Übersetzungsverhältnis ab. Gibt das gewählte Spannmittel bereits einen Verbrauch pro Betätigung an, verwenden Sie diese Modelldaten.
Drei Druckverläufe lokalisieren die Engstelle
Verwenden Sie einen Drucklogger an drei Stellen: P0 vor der lokalen Druckluftaufbereitung, P1 nach ihrem letzten Filter, Druckregler oder Öler und P2 am Vorrichtungseingang. Erfassen Sie das Abtastintervall. Wiederholen Sie das ungünstigste Ereignis mit kürzerem Intervall, bis der gemessene Mindestdruck innerhalb der freigegebenen Prüftoleranz stabil ist. Verwenden Sie den längsten tatsächlichen Schlauch, das eingebaute Ventil und den Schalldämpfer, den niedrigsten geplanten Hauptleitungsdruck und die ungünstigste zulässige Überlappung.
| Was der Verlauf zeigt | Zuerst zu prüfen |
|---|---|
| P0 fällt während des Ereignisses. | Hauptleitung des Werks, Kapazität des Leitungszweigs, vorgeschalteter Speicher oder ein weiterer gemeinsamer Verbraucher. |
| P0 ist stabil, aber P1 fällt zu stark. | Lokaler Filter, Druckregler, gegebenenfalls Öler, Druckeinstellung, Verschmutzung oder Entwässerungszustand. |
| P1 ist stabil, aber P2 fällt zu stark. | Ventil, Verteiler, Kupplung, Anschluss, Schlauch oder Engstelle am Vorrichtungseingang. |
| P2 besteht die Prüfung, aber die Bewegung ist zu spät. | Antriebslast, mechanische Schwergängigkeit, Ventilbefehl, Abluftengstelle oder Bestätigungssensor. |
Erfassen Sie bei jedem Prüflauf P0-Minimum, P1-Minimum, P2-Minimum, Befehlszeit, Spannbestätigungszeit, Lösebestätigungszeit und Druckerholungszeit. Die Bestehensgrenze ist eindeutig:
P2-Minimum ≥ Gerätemindestdruck + freigegebene Reserve;tatsächliche Bewegungszeit ≤ zulässige Bewegungszeit;höchster beobachteter Druck ≤ niedrigste maximale Druckfreigabe eines Bauteils;- der Druck erholt sich vor dem nächsten geplanten Bedarf; und
- kein Spann-, Sitz-, Druckunterschreitungs- oder Sequenzfehler wird durch einen automatischen Wiederholungsversuch verborgen.
Hat das Projekt Druckreserve oder Bewegungsgrenze noch nicht freigegeben, besitzt die Prüfung kein Bestehenskriterium. Erhöhen Sie den Reglerdruck nicht, um einen Druckverlust zu verdecken. Lokalisieren Sie den Verlust zunächst mit P0, P1 und P2. Ändern Sie dann das einschränkende Bauteil oder die Sequenz und wiederholen Sie dieselbe Prüfung.
Sicherheitsgrenze: ein gewöhnlicher Druckschalter ist ein Prozesssignal. Er weist weder Werkstücksitz noch mechanische Verriegelung noch eine sicherheitsgerichtete Funktion nach. Definieren Sie die Zellenreaktion auf zu niedrigen Druck, Luftausfall, Not-Halt und Wiederanlauf. Vor Wartungsarbeiten Versorgung absperren und gegen Wiedereinschalten sichern, gespeicherten Druck entlüften und Druckfreiheit überprüfen.
ISO 4414 behandelt allgemeine Sicherheitsanforderungen für Pneumatiksysteme. Der Maschinenbauer muss weiterhin die Risikobeurteilung der Zelle anwenden und ihre Sicherheitsfunktionen validieren.
Was ein prüfbares Paket zur Druckluftauslegung enthält
Senden Sie das ausgefüllte Auslegungsblatt, den Bedarfszeitplan, die Durchflusskennlinien der Lieferanten und das P0/P1/P2-Protokoll des ungünstigsten Ereignisses. Kennzeichnen Sie jede Datei mit Artikelnummer, Revisionsstand und Prüfdatum. NEXTAS kann die benannte Spannschnittstelle und die bereitgestellten Druckluftwegdaten prüfen. Endgültige Zellenauslegung und Sicherheitsabnahme bleiben an die gewählten Bauteile und den gemessenen Versuch gebunden.
Quellen für Berechnung und Auswahl
- SMC-Rechner für Luftverbrauch und erforderlichen Volumenstrom — Zyklusverbrauch und Bewegungsvolumenstrom getrennt betrachten.
- Allgemeine Betriebsbedingungen von Festo — Berechnung der Zylinderkammern, Druckluftaufbereitung und Grenzen der Schmierung.
- Druckluft-Handbuch des U.S. Department of Energy — Druckabfall an der Verbrauchsstelle und Bauteilauswahl.
- ISO 8778, ISO 8573-1 und ISO 4414 — Referenzatmosphäre, Druckluftreinheitsklassen und pneumatische Sicherheit.
Häufige Fragen zur Druckluftauslegung
Warum reicht die Anschlussgröße für die FRL-Auslegung nicht aus?
Die Anschlussgröße zeigt, welches Gewinde mit dem Bauteil verbunden wird. Sie zeigt nicht den Druckverlust bei Ihrem Eingangsdruck, Ausgangsdruck und Volumenstrom. Wählen Sie den konkreten Filter und Druckregler anhand der Herstellerkennlinien und prüfen Sie anschließend den Druck an der Vorrichtung.
Was unterscheidet Luftverbrauch pro Zyklus und Volumenstrom während eines Hubs?
Der Luftverbrauch pro Zyklus ist das gesamte Referenzvolumen, das in einem Zyklus gefüllt und entlüftet wird. Er hilft, mittlere Kapazität und Energieverbrauch abzuschätzen. Der Hubvolumenstrom teilt die Luftmenge für eine Bewegung durch die dafür zulässige Zeit. Dieses kürzere Ereignis bestimmt häufig die Größe von Filter, Druckregler, Ventil und Schlauch.
Kann ein lokaler Druckluftbehälter jedes Druckabfallproblem beheben?
Nein. Ein Behälter kann einen berechneten kurzen Bedarf abdecken, wenn er einen ausreichend nutzbaren Druckbereich hat und sich vor dem nächsten Ereignis wieder füllen kann. Er behebt kein eingeschränktes Ventil, keinen Anschluss, keinen Abluftweg und keine Versorgung, die während eines langen Bedarfs dauerhaft zu gering ist.
Warum müssen SCFM und Nl/min ihre Referenzbedingungen angeben?
Beide drücken Luft als Referenzvolumen aus, doch Lieferanten können unterschiedliche Referenzdrücke, Temperaturen und Feuchten verwenden. Erfassen Sie die Definition jedes Datenblatts, bevor Sie Werte vergleichen oder umrechnen.
Wie weise ich eine ausreichende Druckluftversorgung der pneumatischen Vorrichtung nach?
Zeichnen Sie den Druck vor der lokalen Druckluftaufbereitung, nach ihrem letzten Bauteil und an der Vorrichtung während der ungünstigsten geplanten Überlappung auf. Die Prüfung gilt nur als bestanden, wenn der Vorrichtungsdruck über dem Mindestwert des gewählten Geräts zuzüglich freigegebener Reserve bleibt, die Bewegung innerhalb der Zeitgrenze endet und sich der Druck vor dem nächsten Bedarf erholt.