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Arbeitsbuch TP 230 Mit CD-ROM Festo Didactic 567257 DE Grundlagen der Vakuumtechnik 12 22 32 42 .2 .3 14 24 34 44 11 21 31 41 K1 14 24 12 22 11 21 1 S1 K1 1M1 24 V 3 2 0V A1 A2 K1 S2 31 13 32 14 1 V2 V1 2 3 3 2 1M1 3 1 1A1 2 3 1 1V4 1Z2 1V1 1Z1 1V2 1V3 1A2

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ArbeitsbuchTP 230

Mit CD-ROM

Festo Didactic

567257 DE

Grundlagen der Vakuumtechnik

12

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Bestell-Nr.: 567257

Stand: 10/2010

Autor: Ralph-Christoph Weber

Redaktion: Frank Ebel

Grafik: Ralph-Christoph Weber

Layout: 10/2010, Frank Ebel

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2010

Internet: www.festo-didactic.com

E-Mail: [email protected]

Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,

soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte

vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen

durchzuführen.

Hinweis

Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch

Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine

geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem

besseren Verständnis der Formulierungen.

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Inhalt

Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ IV

Vorwort _________________________________________________________________________________ V

Einleitung ______________________________________________________________________________ VII

Sicherheits- und Arbeitshinweise __________________________________________________________ VIII

Technologiepaket für Elektropneumatik (TP 200) _______________________________________________X

Lernziele der Aufbaustufe (TP 230) ___________________________________________________________ XI

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben _____________________________________________________ XII

Gerätesatz der Ausbaustufe (TP 230) ________________________________________________________ XIII

Zuordnung von Geräten und Aufgaben _______________________________________________________ XVI

Methodische Hilfen für den Ausbilder _______________________________________________________ XVII

Methodische Struktur der Aufgaben ________________________________________________________ XVII

Bezeichnung der Geräte __________________________________________________________________ XVII

Inhalte der CD-ROM _____________________________________________________________________ XVIII

Aufgaben und Lösungen

Aufgabe 1: Erzeugen von Vakuum ____________________________________________________________ 3

Aufgabe 2: Auswählen von Vakuumsaugern für unterschiedliche Werkstücke _______________________ 11

Aufgabe 3: Aufrecht erhalten von Vakuum beim Einsatz von mehr als einem Sauger __________________ 21

Aufgabe 4: Überwachung des Unterdrucks ___________________________________________________ 29

Aufgabe 5: Einsparen von Druckluft in einem Vakuumsystem ____________________________________ 37

Aufgabe 6: Kontrolliertes Lösen von Werkstücken bei bestehendem Vakuum _______________________ 43

Aufgaben und Arbeitsblätter

Aufgabe 1: Erzeugen von Vakuum ____________________________________________________________ 3

Aufgabe 2: Auswählen von Vakuumsaugern für unterschiedliche Werkstücke _______________________ 11

Aufgabe 3: Aufrecht erhalten von Vakuum beim Einsatz von mehr als einem Sauger __________________ 21

Aufgabe 4: Überwachung des Unterdrucks ___________________________________________________ 29

Aufgabe 5: Einsparen von Druckluft in einem Vakuumsystem ____________________________________ 37

Aufgabe 6: Kontrolliertes Lösen von Werkstücken bei bestehendem Vakuum _______________________ 43

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Inhalt

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Grundlagen der Vakuumtechnik

1 Einführung in die Vakuumtechnik____________________________________________________ I-3

1.1 Vakuumtechnische Grundbegriffe ____________________________________________________ I-3

1.2 Vakuumbereiche __________________________________________________________________ I-5

2 Vakuumerzeugung in der Handhabungstechnik ________________________________________ I-7

2.1 Vakuumpumpen __________________________________________________________________ I-7

2.2 Wirkprinzip der Verdrängerpumpen __________________________________________________ I-7

2.3 Hinweise zur Pumpenauswahl ______________________________________________________ I-10

2.4 Ejektoren _______________________________________________________________________ I-11

3 Vakuumelemente in der Handhabungstechnik ________________________________________ I-17

3.1 Ventile _________________________________________________________________________ I-17

3.2 Vakuummeter ___________________________________________________________________ I-17

3.3 Vakuumspeicherung ______________________________________________________________ I-18

3.4 Saugnäpfe ______________________________________________________________________ I-19

3.5 Faltenbalgsaugnapf ______________________________________________________________ I-20

3.6 Saugnapfauswahl ________________________________________________________________ I-21

3.7 Vakuumsaugventile ______________________________________________________________ I-23

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Bestimmungsgemäße Verwendung

Das Trainingspaket Grundlagen der Vakuumtechnik ist nur zu benutzen:

• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb

• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand

Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten

sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib

und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.

Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich

Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die

Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die

in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.

Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des

Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes

außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden

vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.

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Vorwort

Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen

Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des

Lernsystems:

• Technologieorientierte Trainingspakete

• Mechatronik und Fabrikautomation

• Prozessautomation und Regelungstechnik

• Robotino® – Lernen und forschen mit mobilen Robotern

• Hybride Lernfabriken

Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,

Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare

Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik und elektrischen Antrieben.

Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete

hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen

Antrieben möglich.

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VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567257

Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen:

• Hardware

• Medien

• Seminare

Hardware Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und

Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte

der begleitenden Medien angepasst.

Medien Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die

praxisorientierte Teachware umfasst:

• Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse)

• Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen)

• Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen)

• Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung)

• Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten)

Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt:

• Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte)

• Simulationssoftware

• Visualisierungssoftware

• Software zur Messdatenerfassung

• Projektierungs- und Konstruktionssoftware

• Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen

Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht

konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.

Seminare Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und

Weiterbildung ab.

Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?

Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]

Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.

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Einleitung

Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma

Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und

Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 230 behandelt das Thema Grundlagen der Vakuumtechnik.

Die Themen Vakuumerzeugung, Systemauslegung, Auswahl von Sauggreifern und typische Schaltungen mit

Sauggreifern werden umfassend behandelt. Zusätzlich wird die Reduzierung des Druckluftverbrauchs in

Vakuumsystemen dargestellt.

Voraussetzung für den Aufbau der Steuerungen ist ein fester Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo

Didactic Profilplatte. Die Profilplatte hat 14 parallele T Nuten im Abstand von je 50 mm. Als

Gleichspannungsquelle dient ein kurzschlusssicheres Netzgerät (Eingang: 230 V, 50 Hz, Ausgang: 24 V,

max. 5 A). Zur Druckluftversorgung kann ein mobiler, schallgedämpfter Verdichter (230 V, ca. 50 l/min,

maximal 800 kPa = 8 bar) verwendet werden.

Der Arbeitsdruck soll maximal p = 600 kPa = 6 bar betragen. Eine optimale Ablaufsicherheit erreichen Sie,

wenn die Steuerung bei einem Arbeitsdruck von p = 500 kPa = 5 bar ölfrei betrieben wird.

Zur praktischen Durchführung der 6 Aufgabenstellungen benötigen Sie zusätzlich zum Gerätesatz TP 230

Komponenten aus dem Gerätesatz TP 201. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieses

Arbeitsbuchs können dem Lehrbuch

• Pneumatik/Elektropneumatik

und dem Anhang dieses Arbeitsbuchs entnommen werden.

Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Vakuumsaugdüsen, Vakuumsauger,

Vakuumschalter usw.) zur Verfügung.

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Sicherheits- und Arbeitshinweise

Allgemein Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Steuerungen

arbeiten.

Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Elementen, insbesondere auch alle Hinweise

zur Sicherheit!

Mechanik • Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte.

• Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden.

• Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche!

• Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher.

• Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau.

Elektrik • Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Verbindungen nur in spannungslosem Zustand!

• Verwenden Sie für die elektrischen Verbindungen nur Anschlussleitungen mit Sicherheitssteckern.

• Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC.

Pneumatik • Überschreiten Sie nicht den zulässigen Druck von 600 kPa (6 bar).

• Schalten Sie die Druckluft erst ein, wenn Sie alle Schlauchverbindungen hergestellt und gesichert

haben.

• Entkuppeln Sie keine Schläuche unter Druck.

• Verletzungsgefahr beim Einschalten von Druckluft!

Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren.

• Unfallgefahr durch abspringende Schläuche!

Verwenden Sie kürzest mögliche Schlauchverbindungen.

Tragen Sie eine Schutzbrille.

Beim Abspringen von Schläuchen:

Schalten Sie die Druckluftzufuhr sofort ab.

• Pneumatischer Schaltungsaufbau:

Verbinden Sie die Geräte mit dem Kunststoffschlauch mit 4 mm oder 6 mm Außendurchmesser. Stecken

Sie dabei den Schlauch bis zum Anschlag in die Steckverbindung.

Schalten Sie vor dem Schaltungsabbau die Druckluftversorgung ab.

• Pneumatischer Schaltungsabbau:

Drücken Sie den blauen Lösungsring nieder, der Schlauch kann abgezogen werden.

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Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A bis D ausgestattet:

Variante A, Rastsystem Leichte nicht belastbare Geräte (z.B. Wege-Ventile). Gerät einfach in die Nut der Profilplatte einklipsen.

Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels.

Variante B, Drehsystem Mittelschwere belastbare Geräte (z.B. Aktuatoren). Diese Geräte werden durch Hammerschrauben auf die

Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue Griffmutter.

Variante C, Schraubsystem Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z.B. Einschaltventil

mit Filterregelventil). Die Elemente werden mit Zylinderschrauben und Hammermuttern befestigt.

Variante D, Stecksystem Leichte nicht belastbare Geräte mit Steckbolzen (z.B. Meldeeinrichtung). Sie werden mit Steckadaptern

befestigt.

Beachten Sie die Angaben in den Datenblättern zu den einzelnen Geräten.

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Technologiepaket für Elektropneumatik (TP 200)

Das Technologiepaket TP 200 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln sowie

Seminaren. Gegenstand dieses Paketes sind ausschließlich elektropneumatische Steuerungen. Einzelne

Elemente aus dem Technologiepaket TP 200 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.

Wichtige Elemente des TP 200 • Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte

• Verdichter (230 V, 0,55 kW, maximal 800 kPa = 8 bar)

• Gerätesätze oder Einzelkomponenten

• Optionale Lernmittel

• Praxismodelle

• Komplette Laboreinrichtungen

Ausbildungsunterlagen

Lehrbücher Pneumatik/Elektropneumatik

Grundlagen der pneumatischen Steuerungstechnik

Wartung pneumatischer Geräte und Anlagen

Arbeitsbücher Grundlagen der Vakuumtechnik TP 230

Optionale Teachware Transparentfoliensätze und Tageslichtprojektor

Haftbildzeichen, Zeichenschablone

WBT Elektropneumatik, WBT Pneumatik

WBTs Elektrik 1 + 2, WBTs Elektronik 1 + 2

Schnittmodellsatz mit Aufbewahrungskoffer

Simulationssoftware FluidSIM® Pneumatik

Seminare

P111 Grundlagen der Pneumatik und der Elektropneumatik

P121 Instandhaltung und Fehlersuche an pneumatischen und elektropneumatischen Anlagen

P-OP Der Verschwendung auf der Spur – wirtschaftlicher Einsatz der Pneumatik

IW-PEP Instandhaltung und Wartung in der Steuerungstechnik – pneumatische und elektropneumatische

Steuerungen

P-AL Pneumatik für die berufliche Ausbildung

P-AZUBI Pneumatik und Elektropneumatik für Auszubildende

VUU Der Einsatz von Vakuum in der Handhabungstechnik

P-KOMPAKT Intensivtraining Pneumatik und Elektropneumatik

Veranstaltungsorte, Termine und Preise entnehmen Sie bitte dem aktuellen Seminarplaner.

Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem

Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, die Filme, CD-ROMs

und DVDs sowie die Fachbücher werden in mehreren Sprachen angeboten.

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Lernziele der Aufbaustufe (TP 230)

• Sie können Unterdruck erzeugen.

• Sie kennen die Funktion einer Venturidüse.

• Sie kennen die Auswirkung des Systemdrucks auf das erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei

unterschiedlichen Vakuumsaugdüsen.

• Sie kennen die Auswirkung von Drosselstellen (z.B. dünner bzw. langer Schlauch, verstopfter

Schalldämpfer) auf die Unterdruckerzeugung.

• Sie können Vakuum regeln und einstellen.

• Sie kennen den Einfluss des Durchmessers auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers

• Sie können zu unterschiedlichen Werkstücken den passenden Vakuumsauger auswählen

• Sie kennen den Einfluss der Oberfläche eines Werkstücks auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers

• Sie kennen den Einfluss der Werkstückoberfläche auf die Haltekraft

• Sie kennen Methoden ein Vakuum aufrecht zu erhalten, wenn beim Einsatz von mehreren Saugern nicht

alle greifen.

• Sie können Werkstücke mit nicht ebener Geometrie mit Vakuumsauggreifern greifen.

• Sie können den Unterdruck mit einem Druckschalter überwachen

• Sie können diese Überwachung unter unterschiedlichen Randbedingungen durchführen.

• Sie können eine Schaltung aufbauen, die es ermöglicht, den Druckluftverbrauch in einem

Vakuumsystem zu minimieren

• Sie können die Kosteneinsparung durch diese Sparschaltung und deren Amortisationszeit berechnen.

• Sie können Werkstücke kontrolliert vom Sauggreifer lösen, wenn bei einer Druckluft-Sparschaltung der

Transportvorgang beendet ist.

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Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben

Aufgabe 1 2 3 4 5 6

Lernziele

Sie können Unterdruck erzeugen. • Sie kennen die Funktion einer Venturidüse. • Sie kennen die Auswirkung des Systemdrucks auf das

erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei

unterschiedlichen Vakuumsaugdüsen. •

Sie kennen die Auswirkung von Drosselstellen (z.B.

dünner bzw. langer Schlauch, verstopfter

Schalldämpfer,…?) auf die Unterdruckerzeugung. •

Sie können Vakuum regeln und einstellen. • • • Sie kennen den Einfluss des Durchmessers auf die

Haltekraft eines Vakuumsaugers •

Sie können zu unterschiedlichen Werkstücken den

passenden Vakuumsauger auswählen •

Sie kennen den Einfluss der Oberfläche eines

Werkstücks auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers •

Sie kennen den Einfluss der Werkstückoberfläche auf

die Haltekraft •

Sie kennen Methoden ein Vakuum aufrecht zu

erhalten, wenn beim Einsatz von mehreren Saugern

nicht alle greifen. •

Sie können Werkstücke mit nicht ebener Geometrie

mit Vakuumsauggreifern greifen. • •

Sie können den Unterdruck mit einem Druckschalter

überwachen •

Sie können diese Überwachung unter

unterschiedlichen Randbedingungen durchführen. •

Sie können eine Schaltung aufbauen, die es

ermöglicht, den Druckluftverbrauch in einem

Vakuumsystem zu minimieren •

Sie können die Kosteneinsparung durch diese

Sparschaltung und deren Amortisationszeit

berechnen. •

Sie können Werkstücke kontrolliert vom Sauggreifer

lösen, wenn bei einer Druckluft-Sparschaltung der

Transportvorgang beendet ist. •

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Gerätesatz der Ausbaustufe (TP 230)

Dieser Gerätesatz ist für die Grundausbildung in elektropneumatischer Steuerungstechnik

zusammengestellt. Er enthält alle Elemente, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich

sind und kann mit anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden. Zum Aufbau funktionsfähiger

Steuerungen werden zusätzlich die Profilplatte, ein elektrisches Netzgerät, unterschiedliche Komponenten

aus TP 201 und eine Druckluftquelle benötigt.

Gerätesatz (TP 230)

Benennung Bestell-Nr. Menge

Vakuumsauger (schwarz) 20mm 573043 1

Vakuumsauger (schwarz) 30mm 573044 1

Vakuumsauger (transparent) 20mm 573045 1

Vakuumsauger (transparent) 30mm 573046 1

Faltenbalgsauger 3,5 (transparent) 20mm 573047 2

Ovalsauger 4x20 573057 4

Vakuumsaugdüse 05 H 573258 1

Vakuumsaugdüse 05 L 573259 1

Druckluftspeicher 152912 1

Rückschlagventil 153462 1

Drosselventil 193972 1

Vakuummeter 573042 1

Vakuumschalter 548624 1

Benötigte Komponenten aus TP 201

Benennung Bestell-Nr. Menge

3/2-Wege-Magnetventil, RS geschlossen 539776 1

5/2- Wege-Magnetventil als 3/2 RS Offen 539777 1

Signaleingabe, elektrisch 162242 1

Relais, 3-fach 162241 1

Verteilerblock 152896 1

T-Steckverbinder 153128 2

Einschaltventil mit Filterregelventil 540691 1

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XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567257

Symbole des Gerätesatzes

Benennung Symbol

Relais, 3-fach

1412 2422 3432

32

4442

11 21 31 41

A1

A2

1412 2422 34 4442

11 21 41

A1

A2 31

1412 2422 3432 4442

11 21 31 41

A1

A2

Signaleingabe, elektrisch 13 21

14 22

13 21

14 22

13 21

14 22

13 21

14 22

3/2-Wege-Magnetventil, in

Ruhestellung gesperrt

2

1M131

1M1

12

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Benennung Symbol

5/2-Wege-Magnetventil

Druckluftspeicher

Vakuumschalter

p

Rückschlagventil

1

2

Drosselventil

1

2

Vakuumsaugdüse

2

31

Vakuumsauger

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XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567257

Zuordnung von Geräten und Aufgaben

Aufgabe 1 2 3 4 5 6

Geräte

Vakuumsauger (schwarz) 20mm 1

Vakuumsauger (schwarz) 30mm 1

Vakuumsauger (transparent) 20mm 1

Vakuumsauger (transparent) 30mm 1

Faltenbalgsauger 3,5 (transparent) 20mm

mit Saugventil 1 2 2 2 2

Ovalsauger 4x20 1

Vakuumsaugdüse 05 L 1 1 1

Vakuumsaugdüse 05 H 1 1 1 1 1 1

Druckluftspeicher 1

Rückschlagventil 1 1

Drosselventil 1 (1)

Vakuummeter 1 1 1

Vakuumschalter 1 1 1

Zusätzlich werden folgende Komponenten aus dem Trainingspaket TP 201 benötigt.

Aufgabe 1 2 3 4 5 6

Geräte

Vakuumsauger (schwarz) 20mm 1

3/2-Wege-Magnetventil, RS geschlossen 1 1 1 1 1 1

5/2- Wege-Magnetventil als 3/2 RS Offen 1 1 1

Druckregelventil 1 1 1 1 1 1

Signaleingabe, elektrisch 1 1 1 1 1 1

Relais, 3-fach 1 1 1 1 1 1

Verteilerblock 1 1 1 1 1 1

Einschaltventil mit Filterregelventil 1 1 1 1 1 1

Netzgerät 24 V DC 1 1 1 1 1 1

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Methodische Hilfen für den Ausbilder

Lernziele Das Groblernziel der vorliegenden Aufgabensammlung ist der systematische Entwurf von Schaltplänen

sowie der praktische Aufbau der Steuerung auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von

Theorie und Praxis ist ein schneller Lernfortschritt gewährleistet. Konkrete Einzellernziele sind jeder

Aufgabenstellung zugeordnet. Wichtige Lernziele der Nachbereitung stehen in Klammern.

Elemente des Gerätesatzes Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle Aufgaben benötigen Sie nur

Elemente eines Gerätesatzes der Grundstufe TP 201.

Jede Aufgabe der Grundstufe kann auf einer Profilplatte aufgebaut werden.

Jede Aufgabe der Grundstufe kann auf einer Profilplatte aufgebaut werden.

Methodische Struktur der Aufgaben

Alle Aufgaben im Teil A haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:

• Titel

• Lernziele

• Problemstellung

• Randbedingungen

• Projektauftrag

• Arbeitsblätter

Das Lehrerhandbuch enthält die Lösung zu jedem Aufgabenblatt aller Aufgaben.

Bezeichnung der Geräte

Die Bezeichnung der Elemente erfolgt in den Schaltplänen nach Norm DIN ISO 1219-2. Alle Bauteile eines

Schaltkreises besitzen dieselbe Hauptkennziffer. In Abhängigkeit des Bauteiles werden Buchstaben

vergeben. Mehrere Bauteile innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert. Druckstränge erhalten

die Bezeichnung P und werden getrennt durchnummeriert.

Antriebe: 1A1, 2A1, 2A2, ...

Ventile: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ...

Sensoren: 1B1, 1B2, ...

Signaleingabe: 1S1, 1S2, ...

Zubehör: 0Z1, 0Z2, 1Z1, ...

Druckstränge: P1, P2, ...

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Inhalte der CD-ROM Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM

Ihnen weitere Medien zur Verfügung.

Die CD-ROM enthält folgende Ordner:

• Datenblätter

• Demo

• Festo Katalog

Datenblätter Die Datenblätter der Geräte des Technologiepakets stehen als pdf-Dateien zur Verfügung.

Demo Eine Demo-Version des Softwarepakets FluidSIM® Pneumatik ist auf der CD-ROM gespeichert. Schon diese

Version eignet sich zum Testen entwickelter Steuerungen.

Festo Katalog Für ausgesuchte Geräte erhalten Sie Seiten aus dem Festo AG & Co. KG Katalog. Die Darstellung und

Beschreibung der Geräte in dieser Form soll zeigen, wie diese Geräte in einem industriellen Katalog

dargestellt sind. Zusätzlich finden sich hier ergänzende Informationen zu den Geräten.

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Aufgaben und Lösungen

Aufgabe 1: Erzeugen von Vakuum ____________________________________________________________ 3

Aufgabe 2: Auswählen von Vakuumsaugern für unterschiedliche Werkstücke _______________________ 11

Aufgabe 3: Aufrecht erhalten von Vakuum beim Einsatz von mehr als einem Sauger __________________ 21

Aufgabe 4: Überwachung des Unterdrucks ___________________________________________________ 29

Aufgabe 5: Einsparen von Druckluft in einem Vakuumsystem ____________________________________ 37

Aufgabe 6: Kontrolliertes Lösen von Werkstücken bei bestehendem Vakuum _______________________ 43

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Aufgabe 1 Erzeugen von Vakuum

Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben,

• können Sie Unterdruck erzeugen.

• kennen Sie die Funktion einer Venturidüse.

• kennen Sie die Auswirkung des Systemdrucks auf das erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei

unterschiedlichen Vakuumsaugdüsen.

• kennen Sie die Auswirkung von Drosselstellen auf die Unterdruckerzeugung.

• können Sie Vakuum regeln und einstellen.

Problemstellung Es soll eine Handlingvorrichtung für unterschiedliche Werkstücke entwickelt werden. Ihre Aufgabe besteht

darin, unterschiedliche Komponenten zu prüfen und die Einsatzmöglichkeiten von Vakuumtechnik für

diesen Zweck auszuloten. Zuerst müssen Sie die Komponenten zur Erzeugung des Unterdrucks

untersuchen.

Randbedingungen • Setzen Sie die Vakuumsaugdüsen des Gerätesatzes ein.

Projektauftrag 1. Beschreiben Sie die Funktionsweise einer Vakuumsaugdüse.

2. Bauen Sie die Testschaltung auf.

3. Messen Sie das erzeugte Vakuum und die Evakuierungszeit mit unterschiedlichen Saugdüsen.

4. Zeichnen Sie die Kennlinien beider Saugdüsen.

5. Vergleichen Sie beide Vakuumsaugdüsen miteinander und beschreiben Sie die Unterschiede.

6. Nennen Sie mögliche negative Einflüsse auf die Vakuumerzeugung.

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Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum

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Funktionsweise einer Vakuum-Saugdüse nach dem Venturi-Prinzip

– Benennen Sie die unterschiedlichen Bestandteile und die Anschlüsse der unten abgebildeten Vakuum-

Saugdüse. Tragen Sie hierzu die entsprechenden Bezeichnungen hinter die Zahlen in der Tabelle ein.

Abluftanschluss, Druckluftanschluss, Fangdüse, Strahldüse, Vakuum/Saug-Anschluss

4

5

1

2 3

Vakuum-Saugdüse

Nummer Bezeichnung

1 Druckluftanschluss

2 Strahldüse

3 Fangdüse

4 Abluftanschluss

5 Vakuum/Saug-Anschluss

– Beschreiben sie die Funktionsweise der Vakuumsaugdüse nach dem Venturi-Prinzip.

Vom Druckluftanschluss (1) strömt Druckluft durch eine Querschnittsverengung, die Strahldüse (2)

der Vakuumsaugdüse. An dieser Verengung steigert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft auf

Überschallgeschwindigkeit. Nach dem Austritt aus der Strahldüse expandiert die Luft und strömt

durch die Fangdüse (3) über den Abluftanschluss (4) aus. Bei diesem Vorgang entsteht in der Kammer

um die Strahldüse ein Unterdruck. Dieses führt zum Ansaugen von Luft im Sauganschluss (5).

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Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum

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Messen des erzeugten Unterdrucks unterschiedlicher Vakuum-Saugdüsen

Bauen Sie die Steuerung nach dem unten abgebildeten Schaltplan auf. Messen Sie bei unterschiedlichem

Systemdruck den mit der Vakuumsaugdüse erreichten Unterdruck. Vergleichen Sie die beiden

Vakuumsaugdüsen des Gerätesatzes.

– Tragen Sie die von Ihnen ermittelten Werte in die untenstehende Tabelle ein.

12

22

32

42

.2

.3

14

24

34

44

11

21

31

41

K1

14 2412 22

11 21

1

S1

K1 1M1

+24 V 32

0 V

A1

A2

K1

S2

31

13

32

14

2

1M131

1V1

2

31

1V2

1V3

1Z1

2

31

Systemdruck Saugdüse VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2 Saugdüse VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2

Erreichter Unterdruck (bar) Erreichter Unterdruck (bar)

1 bar -0,08 0

2 bar -0,34 -0,14

3 bar -0,54 -0,2

4 bar -0,7 -0,3

5 bar -0,77 -0,38

6 bar -0,8 -0,42

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Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum

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Zeichnen der Unterdruck-Kennlinie

– Zeichnen Sie die Kennlinien beider Vakuum-Saugdüsen für den erreichten Unterdruck in das

untenstehende Diagramm ein. pu = Unterdruck, p = Systemdruck

1 42 53 7

-0,1

-0,5

-0,2

-0,6

-0,3

-0,7

-0,4

-0,8

-1,0

p

VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2

VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2

pU

Erreichter Unterdruck in Abhängigkeit vom Betriebsdruck

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Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum

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Messen der Evakuierungszeit beider Vakuum-Saugdüsen

Bauen Sie die oben dargestellte Schaltung entsprechend dem unten abgebildeten Schaltplan auf. Um die

Saugleistung der beiden Saugdüsen des Gerätesatzes vergleichen zu können, wird die Zeit vom Einschalten

des Betriebsdrucks (6 bar) bis zum Erreichen eines festgelegten Unterdruckwerts gemessen.

Hinweis:

Der Druckluftbehälter wird benötigt, um eine messbare Zeitspanne bei der Evakuierung zu erzielen und

simuliert damit ein größeres zu evakuierendes Vakuumsystem. Verwenden Sie zur Zeitmessung eine Uhr

oder eine Stoppuhr.

12

22

32

42

.2

.3

14

24

34

44

11

21

31

41

K1

14 2412 22

11 21

1

S1

K1 1M1

+24 V 32

0 V

A1

A2

K1

S2

31

13

32

14

2

1M131

1V1

2

31

1V2

1V3

1Z1

2

31

1Z2

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Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum

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– Messen Sie die Evakuierungszeit für alle in der Tabelle aufgeführten Werte und tragen Sie die

Evakuierungszeit für beide Saugdüsen in die untenstehende Tabelle ein. Stellen Sie hierzu den

Systemdruck auf 6 bar ein.

Unterdruck (bar)

Saugdüse VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2 Saugdüse VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2

Evakuierungszeit (s) Evakuierungszeit (s)

-0,1 bar 0,4 -

-0,2 bar 0,8 0,4

-0,3 bar 1,0 0,8

-0,4 bar 1,8 2,0

-0,5 bar 2,4 Max. -0,44 bar

-0,6 bar 3,5

-0,7 bar 5,8

-0,8 bar 10,0

– Tragen Sie die ermittelten Evakuierungszeiten in die untenstehende Grafik ein und zeichnen Sie die

Kennlinien für beide Saugdüsen ein.

-0,4-0,2 pU -0,80

2

4

6

10

0

t (s)

VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2

VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2

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Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum

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Vergleich der Vakuumsaugdüsen

– Beschreiben Sie die Unterschiede der beiden eingesetzten Vakuum-Saugdüsen und ihre jeweiligen

Vorteile für die Vakuumerzeugung.

Saugdüse VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2:

Dieser Typ von Saugdüse erreicht ein höheres Vakuum.

Dieses maximale Vakuum wird schon bei einem niedrigen Systemdruck erreicht.

Die Saugdüse benötigt jedoch eine signifikant höhere Evakuierungszeit als der Vergleichstyp.

Dieser Typ sollte dann eingesetzt werden, wenn die Sauggreifer höhere Haltekräfte aufbringen

müssen um z.B. schwere Lasten sicher zu halten.

Saugdüse VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2:

Diese Saugdüse erreicht ein vergleichsweise niedriges Vakuum als die Vergleichsdüse (~50%)

Für das maximale erreichbare Vakuum wird ein hoher Systemdruck benötigt.

Im Gegensatz dazu benötigt sie eine sehr geringe Evakuierungszeit um den Unterdruck herzustellen.

Diese Saugdüse wird eingesetzt, wenn ein größeres Vakuumsystem schnell evakuiert werden soll. Die

Saugdüsen vom Typ L haben ihren optimalen Einsatz dort, wo ein geringeres Vakuum und/oder kurze

Taktzeiten benötigt werden.

Einflüsse auf die Vakuumerzeugung

– Welche sonstigen Einflüsse, neben der Veränderung des Systemdrucks und der Größe des zu

evakuierenden Systems, können die Erzeugung von Unterdruck mit einer Vakuum-Saugdüse negativ

beeinflussen? Schreiben Sie diese auf.

Lange oder verengte Schlauchverbindung zwischen Ejektor und Sauger.

Lange oder verengte Druckluftleitung zum Ejektor.

Verschmutzter oder verstopfter Schalldämpfer.

Verteilerstücke und Winkelverbindungen in den Unterdruckleitungen

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Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum

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Einfluss von Verengungen auf die Vakuumerzeugung

Um Verengungen oder andere ungünstige Verhältnisse in den Druckluft oder Vakuumleitungen zu

simulieren wird in die entsprechende Leitung ein Drosselventil eingebaut. Durch Schließen der Drossel kann

so eine Verengung simuliert werden. Stellen sie die Drossel einmal auf einen bestimmten Drosselungsgrad

ein und verändern Sie diese Einstellung während des gesamten Versuchs nicht.

– Simulieren Sie die in der Tabelle aufgelisteten Einflüsse in Bezug auf die Höhe des Vakuums und die

Evakuierungszeit

Einfluss Vakuumsaugdüse (H-Typ) Vakuumsaugdüse (L-Typ)

Verschmutzter Schalldämpfer

Drosselstelle zwischen Vakuumsaugdüse und

Schalldämpfer

Evakuierungszeit:

Max. Vakuum

Evakuierungszeit:

Max. Vakuum

Knick der Vakuumleitung

zwischen Sauger und Vakuummeter und

Vakuumsaugdüse und Vakuummeter

Besteht ein Knick an einer der beiden

Stellen, bricht das Vakuum am Sauger

ab. Befindet sich der Knick zwischen

Vakuummeter und dem Sauger wird das

Vakuum jedoch weiterhin angezeigt

Besteht ein Knick an einer der beiden

Stellen, bricht das Vakuum am Sauger

ab. Befindet sich der Knick zwischen

Vakuummeter und dem Sauger wird das

Vakuum jedoch weiterhin angezeigt

Drossel in der Druckluftleitung

Drosselstelle zwischen Druckregel- bzw.

Wegeventil und Vakuumsaugdüse

Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto

kleiner wird das erreichte Vakuum

Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto

kleiner wird das erreichte Vakuum

Drossel in der Vakuumleitung

Drosselstelle zwischen Umgebungsdruck und

Vakuumsaugdüse mit Vakuummeter

dazwischen. Simuliert poröses Werkstück.

Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto

kleiner wird das erreichte Vakuum

Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto

kleiner wird das erreichte Vakuum

Messen Sie die Evakuierungszeit bis zum

Erreichen des maximalen Vakuums (mit

Druckluftbehälter) bei unterschiedlicher Länge

der Vakuumleitung

10 cm

100 cm

15 s

22 s

3 s

5 s