Wie man Pneumatikzylinder richtig auswählt

Wo Pneumatikzylinder eingesetzt werden
Vorteile von Pneumatikzylindern
Kriterien für die Auswahl
Übersicht über das Angebot

Pneumatikzylinder und seine konstruktiven Vorteile

Ein Pneumatikzylinder wandelt die Energie von Druckluft in mechanische Bewegung um, wobei die Kraft proportional zur Kolbenfläche und zum Arbeitsdruck ist.

Pneumatikzylinder dienen als Linearantriebe, beispielsweise in einfachen Manipulatoren, die Teile oder Halbzeuge mit geringerer Traglast in gerader Richtung bewegen. Zylinder können nicht nur lineare, sondern auch Dreh- oder Schwenkbewegungen realisieren. Dies eignet sich zur Steuerung von Greifern, Peripherieelementen von Robotern und Anlagen an automatisierten Arbeitsplätzen.

Beispiel für den Einsatz eines Pneumatikzylinders in einem Manipulator

Pneumatische Antriebe werden häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, wo Sauberkeit im Betrieb gewährleistet sein muss (weshalb sich Hydrauliksysteme dort weniger eignen).

Wo Pneumatikzylinder eingesetzt werden

in rotierenden und linearen Positionierungssystemen in Automatisierungsanlagen
in Druckluftwerkzeugen, z. B. in Abbruhhämmern, manuellen Manipulatoren usw.
in Druckluftbremssystemen, pneumatischen Federungen, Fahrwerken, Getriebesteuerungen, Pantographen usw.
in Spannvorrichtungen, Spannköpfen usw.
in der Steuerung von Industriearmaturen in der Chemieindustrie, Energiewirtschaft, Lebensmittelindustrie usw.

Spannvorrichtung mit pneumatischem Antrieb

Vorteile von Pneumatikzylindern

Sehr einfache Konstruktion garantiert zuverlässigen Betrieb bei minimaler Wartung.
Günstiger Preis, geringes Gewicht.
Zylinder arbeiten in einem breiten Temperaturbereich (–20 °C bis +80 °C in Standardausführungen, bis zu –40 °C bis +250 °C in Spezialausführungen).
Einsatz in gefährlichen Umgebungen möglich, z. B. explosionsgeschützte Bereiche (ATEX).
Druckluftleckagen in Leitungen oder im Zylinder sind für das Bedienpersonal nicht gefährlich.

Manueller Manipulator mit Pneumatikzylinder

Kriterien für die Auswahl eines Pneumatikzylinders

1. Typen von Pneumatikzylindern

einfachwirkend, doppeltwirkend
mit Magnet, ohne Magnet
runder oder unrunder Querschnitt
normkonform (ISO 6432, ISO 15 552, CNMO)
mit einstellbarer Endlagendämpfung
mit Kolbenstange, kolbenstangenlos

2. Zylinderabmessungen: Bestimmung des passenden Kolbendurchmessers nach erforderlicher Zug- oder Druckkraft

3. Kolbenhub

4. Befestigungsart des Zylinders im pneumatischen System

5. Umgebung – Temperatur, Feuchtigkeit, Staubbelastung usw.

Einfachwirkend oder doppeltwirkend?

Einfachwirkender Zylinder

Luft wird nur von einer Seite zugeführt, sodass die Druckkraft nur in eine Richtung wirkt. Nach Unterbrechung der Luftzufuhr wird die Kolbenstange durch Federkraft in die Ausgangslage zurückgebracht. Diese Zylinder werden für Hübe bis 50 mm eingesetzt. Zur Steuerung werden meist 3/2-Wege-Ventile verwendet.

Vorteile sind der geringere Luftverbrauch. Da die Feder gegen den Luftdruck wirkt, ist die nutzbare Kraft jedoch um die Federkraft geringer. Zudem sind sie durch den Bauraum der Feder bei gleichem Hub länger als doppeltwirkende Modelle.

Funktionsprinzip eines einfachwirkenden Pneumatikzylinders

Doppeltwirkender Zylinder

Luft wird von beiden Seiten zugeführt, sodass beide Bewegungsrichtungen durch Druckluft realisiert werden. Dies ermöglicht größere Hübe (bis zu 2 m). Zur Steuerung werden meist 5/2- oder 5/3-Wege-Ventile verwendet. Die Bewegung ist schnell, gleichmäßig und in beiden Richtungen geschwindigkeitsregulierbar.

Beim Einfahren wird weniger Kraft entwickelt als beim Ausfahren, da die wirksame Kolbenfläche um die Fläche der Kolbenstange reduziert ist.

Funktionsprinzip eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders

Pneumatikzylinder mit Magnet

Wenn Sie die Position des Kolbens überwachen müssen, wählen Sie einen Zylinder mit Magnet. Am Zylinder wird ein Positionssensor montiert (oft in einer Nut), der das Feld des im Kolben integrierten Magneten detektiert.

Einstellbare Endlagendämpfung

Harte Schläge am Hubende können zu Defekten führen. Eine einstellbare Dämpfung ermöglicht ein sanftes Stoppen. Kurz vor der Endlage fährt ein Dämpfungszapfen in eine Vertiefung im Zylinderdeckel ein. Die eingeschlossene Luft wird komprimiert und bremst den Kolben ab. Die Luft entweicht kontrolliert über eine kleine einstellbare Öffnung.

Kolbenstangenlose Zylinder

In Systemen mit Platzmangel wählt man kolbenstangenlose Zylinder. Der Kolben ist hierbei direkt mit einem äußeren Schlitten gekoppelt. Diese Zylinder werden mit Hublängen von bis zu 5,7 m gefertigt.

Platzsparender kolbenstangenloser Pneumatikzylinder

Wahl der richtigen Zylindergröße

Der Schlüssel zur Größe ist die erforderliche Druck- oder Zugkraft. Diese hängt von der Kolbenfläche und dem Luftdruck ab. Ein zu großer Zylinder ist teuer in der Anschaffung und im Betrieb (hoher Luftverbrauch). Ein zu kleiner Zylinder liefert nicht die nötige Kraft oder erfordert einen unwirtschaftlich hohen Betriebsdruck.

Horizontale oder vertikale Installation?

Bei vertikaler Montage muss der Kolben beim Aufwärtsfahren die Schwerkraft überwinden. Beim Abwärtsfahren beschleunigt die Schwerkraft zusätzlich. Daher sind Drosselventile zur Geschwindigkeitsbegrenzung und Verringerung der Aufprallenergie oft unerlässlich.

Einfluss der Montageorientierung auf Kraft und Geschwindigkeit

Zylinder mit Führung

Kolbenstangen sind primär für axialen Druck ausgelegt. Treten Radiallasten (senkrecht zur Achse) auf, sollte eine externe Führung verwendet werden. Ohne diese Führung kann der Zylinder vorzeitig verschleißen oder undicht werden.