Wie man Pneumatikzylinder richtig auswählt

Wo überall wir Pneumatikzylinder finden
Vorteile von Pneumatikzylindern
Kriterien für die Auswahl eines Pneumatikzylinders
Übersichtliches Angebot an Pneumatikzylindern

Der Pneumatikzylinder und seine konstruktiven Vorteile

Ein Pneumatikzylinder wandelt die Energie der Druckluft in eine mechanische Bewegung um, deren Kraft der Fläche seines Zylinders und dem Betriebsdruck proportional ist.

Pneumatikzylinder dienen daher als Linearantriebe, zum Beispiel in einfachen Handhabungsgeräten, die Teile oder Halbzeuge geringerer Tragfähigkeit in gerader Richtung befördern sollen. Die Zylinder können nicht nur lineare, sondern auch Dreh- oder Schwenkbewegungen ausführen. Das eignet sich für die Ansteuerung von Greifern, Peripherieelementen von Robotern und Anlagen automatisierter Arbeitsplätze.

Beispiel für den Einsatz eines Pneumatikzylinders in einem Handhabungsgerät

Pneumatische Antriebe werden häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, wo die Sauberkeit der Betriebe gewährleistet sein muss (hydraulische Systeme eignen sich dort deshalb nicht).

Wo überall wir Pneumatikzylinder finden

in Dreh- und Linearpositioniersystemen in Automatisierungsanlagen
in Druckluftwerkzeugen, z. B. in Drucklufthämmern (Abbauhämmern), Handhabungsgeräten usw.
in Druckluftbremsanlagen, in der Luftfederung, in Fahrwerken, in der Getriebeschaltung, in Stromabnehmern und Ähnlichem
in Spannantrieben, Spannköpfen und Ähnlichem,
in der Ansteuerung von Industriearmaturen in der Chemie, Energiewirtschaft, Lebensmittelindustrie usw.

Vorteile von Pneumatikzylindern

Die sehr einfache Konstruktion gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb bei minimalem Wartungsaufwand.
Niedriger Preis, geringes Gewicht
Die Zylinder arbeiten in einem breiten Betriebstemperaturbereich von –20 °C bis +80 °C in Standardausführungen, in Sonderausführungen sogar von –40 °C bis +250 °C.
Sie lassen sich auch in gefährlichen Umgebungen einsetzen, z. B. bei Explosionsgefahr (ATEX).
Undichtigkeiten der Druckluft in der Leitung oder im Zylinder sind für das Bedienpersonal der Maschine nicht gefährlich.

Kriterien für die Auswahl eines Pneumatikzylinders

1. Typen von Pneumatikzylindern

einfachwirkend, doppeltwirkend
mit Magnet, ohne Magnet
mit rundem oder unrundem Querschnitt
normkonform (ISO 6432, ISO 15 552, CNMO)
mit einstellbarer Dämpfung
mit Kolbenstange, ohne Kolbenstange

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2. Zylinderabmessungen: nach der geforderten Zug- oder Druckkraft bestimmen wir den passenden Kolbendurchmesser

3. Kolbenhub

4. Art der Befestigung des Zylinders im Pneumatiksystem

5. Umgebung – Temperatur, Feuchtigkeit, Staubbelastung usw.

Einfachwirkender oder doppeltwirkender Pneumatikzylinder?

Einfachwirkender Zylinder

Beim einfachwirkenden Zylinder wird die Luft dem Kolben nur von einer Seite zugeführt, sodass die durch den Luftdruck erzeugte Kraft nur in einer Richtung auf die Kolbenfläche wirkt. Wird die Druckluftzufuhr zum Zylinder unterbrochen, bringt die Kraft einer Feder die Kolbenstange in die Ausgangslage zurück. Einfachwirkende Zylinder werden für Hübe bis 50 mm eingesetzt. Zur Ansteuerung einfachwirkender Zylinder dienen vor allem 3/2-Wegeventile.

Einfachwirkende Pneumatikzylinder lassen sich zum Spannen von Halbzeugen, als Auswerfer in verschiedenen Vorrichtungen zum Zuführen von Halbzeugen, zu deren Anheben und für weitere Vorgänge verwenden. Im Vergleich zu doppeltwirkenden Pneumatikzylindern gleicher Abmessungen haben sie einen geringeren Luftverbrauch. Die Kraft der Schraubenfeder wirkt der durch den Luftdruck auf die Kolbenfläche erzeugten Kraft entgegen, die nutzbare Kraft ist daher um die Federkraft geringer. Einfachwirkende Zylinder sind gegenüber doppeltwirkenden Zylindern mit gleichem Durchmesser und Hub länger (um das Maß der Feder).

Funktionsprinzip des einfachwirkenden Pneumatikzylinders

Doppeltwirkender Zylinder

Die Luft wird dem Kolben von beiden Seiten zugeführt, sodass beide Bewegungen, vor und zurück, mit Druckluft ausgeführt werden. Dadurch können sie größere Hübe (bis 2 m) erreichen als einfachwirkende Zylinder. Zur Ansteuerung doppeltwirkender Zylinder dienen vor allem 5/2- und 5/3-Wegeventile. Die Arbeitsbewegung wird nicht durch eine Rückstellfeder beeinflusst und der Rücklauf ist schnell und gleichmäßig. Außerdem lassen sich die Kolbengeschwindigkeiten in beiden Richtungen einstellen. Der Bewegungsbereich wird meist durch Anschläge des Kolbens im Zylinder begrenzt.

Beim Einfahren der Kolbenstange erzeugen doppeltwirkende Pneumatikzylinder eine geringere Kraft als beim Ausfahren, weil die wirksame Kolbenfläche um die Fläche des Kolbenstangendurchmessers kleiner ist. Das ist zu berücksichtigen, wenn der Zylinder in beiden Richtungen mit derselben Last an der Kolbenstange arbeiten soll.

Funktionsprinzip des doppeltwirkenden Pneumatikzylinders

Pneumatikzylinder mit Magnet

Wenn Sie die Kolbenposition überwachen müssen, wählen Sie einen Zylinder mit Magnet. Am Zylinder wird ein Positionssensor montiert (auf dem Bild ist der Sensor in der Nut des Pneumatikzylinders montiert), der durch die Zylinderwand hindurch das Feld des im Kolben integrierten Magneten erfasst

Kolbenpositionssensor am Pneumatikzylinder

Zylinder mit unrundem Querschnitt

Dort, wo ein Verdrehen des Kolbens um die Achse der Kolbenstange verhindert werden muss, wählen Sie einen Pneumatikzylinder mit unrundem Querschnitt. Diese Zylinder sind sehr steif und momentenbeständig. Den passenden Typ finden Sie im übersichtlichen Angebot.

Normkonforme Pneumatikzylinder

Zylinderlieferanten geben häufig an, welchen Normen die Pneumatikzylinder entsprechen (ISO, VDMA, CNOMO, CETOP). Dass Zylinder nach einer bestimmten Norm gefertigt werden, bedeutet, dass der Hersteller die vorgeschriebenen Einbau- und Anschlussmaße einhalten muss. Die innere konstruktive Ausführung des Zylinders, die Art des verwendeten Profils des Zylinderrohrs und die konstruktive Ausführung der Zylinderdeckel können sich bei den einzelnen Herstellern bereits unterscheiden. Zylinder nach den einzelnen Normen finden Sie im übersichtlichen Angebot.

Einstellbare Dämpfung

Bei der Auslegung eines pneumatischen Mechanismus ist darauf zu achten, dass die Zylinderbewegung möglichst langsam erfolgt (und zugleich der zeitliche Rahmen der jeweiligen Aufgabe eingehalten wird). Eine langsamere Bewegung bedeutet einen schwächeren Aufprall am Hubende, wodurch sich die Lebensdauer des Zylinders verlängert.

Starke Aufpralle an den Hubenden des Zylinders können zu Störungen führen, deshalb ist es sinnvoll, diese Stöße durch Dämpfungsscheiben, Dämpfungspuffer oder Stoßdämpfer zu mildern. Damit verlängern wir die Lebensdauer des gesamten Mechanismus deutlich.

Die einstellbare Dämpfung ermöglicht ein sanftes Anhalten in den Endlagen. Kurz vor dieser Position fährt der Dämpfungszapfen der Kolbenstange in einen Hohlraum im Zylinderdeckel ein. Die Luft, die in diesem zylindrischen Hohlraum komprimiert wird, verlangsamt die Kolbenbewegung. Damit der Kolben bis in die Endlage fahren kann, wird der Hohlraum über eine kleine Bohrung entlüftet. Bei Bewegung in die Gegenrichtung strömt die Luft frei durch das Drosselrückschlagventil und wirkt mit Druck auf die gegenüberliegende Kolbenseite.

Zylinder mit Kolbenstange, ohne Kolbenstange

Vor allem in Pneumatiksystemen, in denen eine ausfahrende Kolbenstange stören würde, wählen wir einen Zylinder ohne Kolbenstange. Er ist sehr platzsparend und hat den Kolben üblicherweise über feste Kupplungen mit einem Schlitten außerhalb des Zylinders verbunden, die sich in einem Längsschlitz im Zylinderrohr bewegen. Kolbenstangenlose Zylinder werden mit Hublängen bis 5,7 m gefertigt.

Kolbenstangenloser Pneumatikzylinder zur Platzersparnis

Wählen wir die richtige Größe des Pneumatikzylinders

Für die Bestimmung der richtigen Zylindergröße ist die geforderte Druck- oder Zugkraft der Schlüssel. Sie hängt von der Kolbenfläche und vom Druck im Zylinder ab.

Zu berücksichtigen sind:

Alle Lasten einschließlich der Reibungsverluste – in die Berechnung sind dynamische und äußere Lasten einzubeziehen.
Der zur Verfügung stehende Betriebsluftdruck.
Die Anforderungen an die Dynamik der Anlage – also an Geschwindigkeit und Hub des Kolbens

Bei der Auslegung des Kolbens ist eine angemessene Reserve einzuplanen, es gilt jedoch: größere Zylinder müssen nicht zwangsläufig auch bessere sein.

Ein zu großer Zylinder ist teuer in der Anschaffung, und auch sein Betrieb ist kostspieliger – überdimensionierte Zylinder verbrauchen für ihren Lauf ein größeres Druckluftvolumen.

Ein unterdimensionierter Zylinder ist zwar günstiger, erzeugt aber möglicherweise nicht die geforderte Kraft, oder die geforderte Kraft muss durch Erhöhung des Betriebsdrucks erzeugt werden, was weitere Kosten bedeutet.

Berechnung der Kraft eines Pneumatikzylinders einfach und schnell
Wenn Sie sich vergewissern möchten, ob der ausgewählte Zylinder Ihren Anforderungen entspricht, folgen Sie diesem Link. Dort finden Sie ein Rechenwerkzeug, das die Kraft des Pneumatikzylinders anhand von Kolben- und Kolbenstangendurchmesser sowie dem Druck der Druckluft ermittelt.

Horizontaler oder vertikaler Einbau?

Ist der Zylinder in vertikaler Lage eingebaut und bewegt sich die Kolbenstange nach oben und unten, muss der Kolben bei der Aufwärtsbewegung die Erdanziehung überwinden und kann erst dann beschleunigen. Bei der Abwärtsbewegung unterstützt die Erdanziehung wiederum die Beschleunigung. Deshalb ist es oft notwendig, ein Drosselventil einzubauen, um die Geschwindigkeit zu begrenzen und die Aufprallenergie am Hubende zu verringern.

Wählen Sie bei Zylindern für den vertikalen Einbau einen Typ mit höherer Zug- oder Druckkraft.

Einfluss der Einbaulage auf Kraft und Geschwindigkeit des Zylinders

Kolbenhub des Pneumatikzylinders

Zylinder werden mit einem in Millimetern angegebenen Hub bestellt. Der Hub ist bei einfachwirkenden Zylindern durch die Größe der Feder begrenzt. Finden wir im Angebot keinen Zylinder mit dem Hub, den wir für unsere Aufgabe brauchen, wählen wir einen Zylinder mit Anschlag zur Einstellung des passenden Hubs.

Art der Befestigung des Pneumatikzylinders

Die Befestigung des Zylinders in der Anlage hängt von der Funktion ab, die der Zylinder in der Anlage erfüllen soll. Der Zylinder kann zum Beispiel befestigt werden: mit Flanschen, seitlichen Befestigungen, Füßen, dem Gewinde am Ende der Kolbenstange, mit Gabel-, Schwenk- oder Gelenkbefestigungen usw.

Flansch-, Gabel- und Fußbefestigung des Pneumatikzylinders

Zubehör zur Befestigung von Pneumatikzylindern

Werkstoff und Ausführung des Zylinders je nach Umgebung

Welchen Temperaturen wird der Zylinder ausgesetzt? Herrscht in der Arbeitsumgebung erhöhte Feuchtigkeit oder Staubbelastung? Werden Chemikalien auf den Zylinder einwirken? Je nach Umgebung wählen wir einen Pneumatikzylinder aus dem passenden Werkstoff, ausgestattet mit den entsprechenden Dichtungen, Abstreifringen, Manschetten und Ähnlichem.

In manchen Betrieben, zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, kann eine besondere Zertifizierung der Anlage hinsichtlich ihrer Konstruktion und der verwendeten Werkstoffe gefordert sein.

Zylinder mit Führung

Die Kolbenstange wird vor allem durch Druck in Richtung ihrer Achse belastet (axialer Druck). Wirkt auf sie zusätzlich eine radiale Last (senkrecht zur Achse), ergänzen wir den Zylinder um eine äußere Führung, die diese Last aufnimmt. Ohne eine solche zusätzliche „führende" Konstruktion kann der Zylinder vorzeitig verschleißen oder es entstehen Undichtigkeiten.

Pneumatikzylinder mit externer Führung für radiale Lasten

Übersichtliches Angebot an Pneumatikzylindern

Kleine Rundzylinder nach ISO 6432

(mit einem Durchmesser von 8 bis 25 mm) zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch in Systemen mit ungeölter Druckluft eingesetzt werden können. Für vollkommene Dichtheit sind die Zylinderdeckel mit dem Profil verpresst. Zur Auswahl stehen Zylinder aus Aluminium oder aus Edelstahl.

Parameter der kleinen Rundzylinder ISO 6432