Pneumatik+ - fischertechnik Community · fischertechnik-Pneumatik bietet nun ein System an, das es...

Zum Bau der Modelle genügt zum größten Teil Start 100.

Die Modelle mit dem Zeichen können mit dem fischertechnik Modellkompressor aus

diesem Baukasten betrieben werden. Zum Betrieb der restlichen Modelle ist der

fischertechnik Kleinkompressor, Best.-Nr. 30 864, erforderlich.

Pneumatik+

(C) by fischerwerke, Artur Fischer GmbH Co. KG, 7244 Tumlingen/Waldachtal&

Vorwort

Grundlagen

Was ist Pneumatik

Anwendungen der Pneumatik

Eigenschaften von Druckluftanlagen

Absolutdruck, Überdruck, Unterdruck

Luft als Energiespeicher

Fernauslöser

Lufthammer

Druckluftquellen

Druckluftturbine

Bauteile und Schaltzeichen

Arbeitszylinder

Ventile

Leitungen

Grundschaltungen

Steuerung einfachwirkender Zylinder

Pneumatische Kupplung

Spannvorrichtung

Logikschaltungen

Und-Steuerung

Sicherheitsschaltung

Oder-Steuerung

Steuerung doppeltwirkender Zylinder

Programmsteuerungen

Mehrstellungszylinder

Dreh- oder Schwenkzylinder

Drehflügeltür

Signalspeicherung

Gabelstapler

Taktsteuerung

Pneumatischer Summer

Zeitverzögerung

Geschwindigkeitssteuerung

Luftschranke

Druckluftmotoren

Pneumatischer Bagger(Titelbild)

Elektropneumatische Steuerungen

Fischertechnik-Magnetventil

Elektropneumatisch betätigte Schranke

Elektropneumatisch betätigte Schiebetür

Literaturverzeichnis

Schaltzeichen

Bauanleitung Modell-Kompressor

Stückliste

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Vorwort

Mechanisierung – Automation – Kybernetik – Indu-strieroboter – Transferstraßen... Schlagworte mo-derner Produktionstechnik, die heute jedem von unsin den Ohren klingen, ob wir nun mit Technik unmittel-bar zu tun haben oder nur als Leser, Hörer, Fernseheraufmerksam Berichte aus Industrie und Wirtschaftverfolgen. Und wer denkt dabei nicht an Computer,Mikroprozessoren, integrierte Schaltkreise und wiedie Errungenschaften von Elektrotechnik und Elek-tronik alle heißen mögen? Es scheint uns, als sei diegegenwärtige Technik, wie wir sie in unserem täg-lichen Leben erfahren, im wesentlichen von elektri-schen bzw. elektronischen Einrichtungen und Verfah-ren bestimmt, als beruhe vor allem auf diesen dertechnische Fortschritt.

Die spektakulären Entwicklungen besonders aufelektronischem Gebiet haben andere Zweige heuti-ger Technik in unserem Bewußtsein zurücktreten las-sen; vielfach sind ihre Verfahren und Geräte außer-halb der unmittelbar damit befaßten Fachwelt weit-gehend unbekannt geblieben. Dies gilt beispielswei-se von einer Technik, die gerade für die modernenProduktionsmethoden von überragender Bedeutungist, obwohl sie im Prinzip ohne Elektrizität auskommt.Wir meinen die Pneumatik.

Ohne Pneumatik wäre die Automation schlechthinundenkbar; der gegenwärtige hohe Entwick-lungsstand der Automatisierung beruht sehr wesent-lich auf der Schaffung pneumatischer Steuer- und Re-gelelemente. Trotzdem sind Einrichtungen und Me-thoden der Pneumatik nicht annähernd so populärgeworden wie diejenigen der Elektronik. Sie sind je-doch nicht weniger faszinierend und es auf jeden Fallwert, sich näher damit zu befassen. Bis heute hat esallerdings völlig an Experimentiermaterial gefehlt,

das dem wißbegierigen Jugendlichen, dem interes-sierten Bastler, dem nach technischer Bildung Stre-benden zugänglich gewesen wäre, denn Lehr- undLernsysteme gab es bisher nur auf dem Sektor derBerufsausbildung; sie waren für die obengenanntenZwecke zu unhandlich und vor allem zu teuer. Diefischertechnik-Pneumatik bietet nun ein System an,das es jedem Interessierten erlaubt, mit geringemAufwand in die Geheimnisse der Pneumatik einzu-dringen. Mit verhältnismäßig wenigen, sorgsam aus-gewählten Bauelementen lassen sich nahezu sämtli-che wichtigen Schaltungen der Pneumatik aufbauen,untersuchen und zuverlässig betreiben. Die fischer-technik-Pneumatik ist überdies völlig in das fischer-technik-Baukastensystem integriert, so daß nicht nurSchaltungen aufgebaut werden können, sonderngleichzeitig ihre Anwendung an entsprechenden Mo-dellen gezeigt werden kann. Dadurch werden Sinn undWirkungsweise der Schaltungen unmittelbar von derZweckbestimmung her verständlich gemacht.

Die Auswahl der Modelle ist so getroffen, daß rein sta-tisch, also nahezu ohne sichtbare Bewegungen arbei-tende Schaltungen nicht für sich allein stehen, son-dern es wurden nach Möglichkeit von der Bewegungher fesselnde oder sonstwie unterhaltende Anwen-dungen ausgesucht, bei denen auch derjenige, dernicht direkt am Schaltungsaufbau interessiert ist, durcheinfachen Nachbau zu befriedigend arbeiten- denModellen kommt.

Das vorliegende Anleitungsbuch ist in zwei Teile ge-gliedert:Der 1. Teil behandelt die der Pneumatikund stellt die verschiedenen Bauelemente vor. Im 2. Teilwerden die wichtigsten derPneumatik vorgeführt. Gleichzeitig wird der Leser mit

Grundlagen

Grundschaltungen

Schaltzeichen und Schaltplänen vertraut gemacht.Diese wurden in Anlehnung an die einschlägigen Nor-men benutzt, doch wurde hier und da im Interesse ei-ner leichteren Verständlichkeit auf eine etwas weni-ger abstrakte Darstellung ausgewichen. Die Bezeich-nung der Bilder geschieht in der Weise, daß die ersteZahl die Bildnummer, die zweite, mit einem Binde-strich angehängte Zahl, die Seite bezeichnet, auf wel-cher sich das betreffende Bild befindet.Z. B. Bild 2-12ist das Bild 2 auf Seite 12.

Vor allem bei den einführenden Schaltungen stehenSchaltplan, Funktionsskizze und Modellfoto gleich-wertig nebeneinander. Zu nahezu jeder Schaltung fin-det sich ein Modell, das ihre Anwendung verdeutlicht.Wer übrigens nur diese Modelle nachbaut, wird be-reits daran viel Spaß haben. Vielleicht wird er seinHerz für die Pneumatik entdecken, so daß er sichdann von den Schaltplänen nicht mehr abschreckenläßt.

Wer jedoch tiefer in die Zusammenhänge eindringenwill, beachte die auf Seite 74 aufgeführte Literatur, inwelcher auch auf die physikalischen Grundlagen derPneumatik eingegangen wird. Auf die im Literaturver-zeichnis angeführten Bücher wird im Text durch eineZahl in eckiger Klammer verwiesen.

In diesem Buch werden grundsätzlich die seit 1970gesetzlich vorgeschriebenen Einheiten des Sl-Systems verwendet. Dabei entspricht 1 bar = 10etwa 1 kp/cm

2und 1 N ungefähr 0,1 kp.

Der Inhalt des Pneumatikkastens ist ausreichend fürdie grundlegenden Versuche, die wichtigsten Schal-tungen sowie für einfachere Modelle. Er enthältindessen nur Spezialteile, so daß für den Bau der Mo-delle der Baukasten Start-100 erforderlich ist. Wün-

Ncm

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3

schenswert wäre noch der Zusatzkasten Motor +Getriebe nebst Netzgerät »mot 4«, und wer beson-ders tief eindringen möchte, sollte vielleicht noch denErgänzungskasten Elektromechanik besitzen.

Für die Versuche und Modelle mit dem Magnetventilist der Ergänzungskasten Elektromechanik unbe-dingt erforderlich.

Naturgemäß wird für den Betrieb pneumatischerEinrichtungen Druckluft benötigt. Hierbei sind dieSchaltungsmodelle am anspruchsvollsten im Hin-blick auf die Luftmenge. Diese Ansprüche erfüllt amelegantesten der von fischertechnik lieferbareKleinkompressor Nr. 30864.

Wer also tiefer und ausdauernd in die Pneumatikeinsteigen will, sollte die Anschaffung eines solchenGerätes nicht scheuen.

Packungsinhalt ist der fischertechnik-Modellkom-pressor, dessen Leistung allerdings nicht für alle indiesem Heft beschriebenen Modelle und Schaltun-gen ausreicht. Dafür erlaubt er aber Einblicke in Auf-bau und Wirkungsweise eines Kompressors undgestattet eigene Versuche.

Die mit dem fischertechnik-Modellkompressor zubetreibenden Modelle sind in diesem Heft mitfolgendem Zeichen gekennzeichnet:

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Bei ordentlicher Druckluftversorgung arbeiten allegezeigten Modelle und Schaltungen einwandfrei,und man wird sich dem eigenartigen Reiz nicht ent-ziehen können, der sich aus der besonderen Be-triebsweise ergibt. Sicherlich wird die Beschäfti-gung mit der fischertechnik-Pneumatik viel Vergnü-gen bereiten und ganz nebenbei eine Menge Wissenvermitteln.

Karlheinz Hoseus

Grundlagen

Was ist Pneumatik?

Sieht man im Lexikon unter dem Stichwort »Pneuma-tik « nach, so erfährt man, daß das griechische Wort»pneuma« Hauch, Luft, Atem bedeutet. Heute nen-nen wir alles »pneumatisch«, was mit Luftdruck funk-tioniert. Die Pneumatik ist somit dasjenige Teilgebietder Technik, welches das Verhalten der Gase undinsbesondere die Anwendung von Druck- und Saug-luft zum Inhalt hat. Hierbei kann der Luftdruck entwe-der unmittelbar zum Betrieb von Vorrichtungen, Ma-schinen, Werkzeugen oder aber als Betriebsmittel fürSteuer- und Regeleinrichtungen dienen. Daher stehteinmal der A r b e i t s z y I i n d e r im Vordergrund, dermit Hilfe des Luftdrucks bestimmte Kraftwirkungenausüben oder Bewegungen erzeugen kann. Hierzuist auch der Druckluftmotor mit seinen verschiedenenBauarten zu rechnen, welcher unmittelbar Drehbe-wegungen hervorbringt. Im anderen Falle sind die we-sentlichen Bauelemente die mannigfachen V e n t i I -s y s t e m e, mit deren Hilfe Schaltungen zu Steuer-und Regelzwecken aufgebaut werden können. Da esnaheliegt, pneumatisch arbeitende Maschinen undGeräte auch pneumatisch steuern bzw. zu regeln, fin-det man sehr oft beide Anwendungsfälle eng mit-einander verknüpft.

Anwendungen der Pneumatik

Eine auch nur einigermaßen vollständige Aufzählung derAnwendungsbeispiele pneumatischer Einrichtun- genwürde weit über den Rahmen dieses Buches hin-ausgehen. Auch sind viele Einsatzbereiche so spe- ziell,daß sie für den Nichtfachmann erst einer um-fangreicheren Erläuterung bedürften. Wer sich näher fürdieses Thema interessiert, findet in dem unter [2]

im Literaturverzeichnis genannten Buch eine Fülle vonBeispielen, die auch als Anregungen zum Bau vonModellen dienen können. Hier sollen nur einige weni-ge Anwendungsfälle besprochen werden:

Druckluftbetätigte Arbeitszylinder sind bei vielenSpannvorrichtungen anzutreffen, die zum Festhaltenvon Werkstücken während der Bearbeitung dienen.Besonders verbreitet sind sie in automatisierten Ferti-gungsstraßen.

Hebebühnen für Montage und Reparatur von Fahr-zeugen und Maschinen arbeiten häufig mit druckluft-betätigten Hubzylindern.

Das Öffnen und Schließen von Türen in Bahnen, Bus-sen und Gebäuden erfolgt in vielen Fällen pneuma-tisch.

Bremsanlagen von Nutzfahrzeugen werden pneuma-tisch betätigt (Druckluftbremse).

tLokomotiven für Bergwerke und in explosionsgefähr-deten Betrieben arbeiten gefahrlos mit Druckluft.

Bekannt sind Druckluftwerkzeuge in Gestalt von»Preßlufthämmern«, Schleifmaschinen und Druck-luftschraubern. Auch der bekannt-berüchtigte Turbi-nenbohrer des Zahnarztes ist ein Druckluftwerkzeug.

Mit Druckluft kann man Flüssigkeiten zerstäuben(Spritzpistolen), Güter der verschiedensten Art trans-portieren, Flüssigkeiten heben, Messungen an Bau-teilen durchführen. Auch Luftkissenfahrzeuge und-geräte sind hier zu nennen.Wird bei den vorgenannten Einrichtungen in der Re- gel

mit Druckluft gearbeitet, also die Kraftwirkung

Luft ausgenutzt, so findet bei den

zu-

sammengepreßter

folgenden Beispielen die SaugwirkungLuft Anwendung. Solche Geräte findet man u. a. imKraftfahrzeug, wo der Unterdruck in der Ansauglei-tung von Vergasermotoren zur Zündzeitpunktverstel-lung (also zu Steuerungszwecken) herangezogenwird. Im Bremskraftverstärker wird die Wirkung desUnterdrucks in der Ansaugleitung zur Unterstützungder Fußkraft am Bremspedal ausgenutzt. Auch man-che Scheibenwischer arbeiteten mit Unterdruck.

verdünnter

Saugluftanlagen finden sich auch in Form von Rohr-postanlagen, bei Getreidehebern zum Entladen vonSchiffen und in zahlreichen anderen Fördergeräten.

Wir wollen es bei diesen Beispielen belassen. Die ver-schiedenen Maschinen der Lebensmittel-, der chemi-schen, der Textil- und der Druckindustrie, um nur eini-ge Industriezweige zu nennen, bieten eine uner-schöpfliche Fülle von Anwendungen, aus denen diegroße Bedeutung der Pneumatik für die moderne Pro-duktion deutlich wird.

Eigenschaften von Druckluftanlagen

Druckluft ist keine billige Energieform. Zu ihrer Her-stellung mit Hilfe eines Kompressors ist im Gegenteilrecht viel Energie notwendig, meist in Form von elek-trischem Strom. Oft werden Kompressoren auch vonVerbrennungsmotoren angetrieben, deren schlech- terWirkungsgrad die Druckluft besonders teuer macht.Daher ist es auch verständlich, daß nutzlos aus Lecksin der Anlage entweichende Luft verlore- nes baresGeld bedeutet, so daß Dichtheit eine dergrundlegenden Forderungen der Drucklufttechnik ist.

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Während die Energiekosten bei der Drucklufterzeu-gung also verhältnismäßig hoch sind, zeichnen sichAnlage und Geräte durch einfachen und billigen Auf-bau aus. Das beginnt schon damit, daß die Druckluftnach ihrer Arbeitsverrichtung keine Rückleitung be-nötigt, sondern im allgemeinen einfach in die Umge-bung abgelassen werden kann. Und das geht so weit,daß im Untertagebau eingesetzte Druckluftlokomoti-ven im Gegensatz zu ihren dieselbetriebenen Schwe-stern keine Luftverschmutzung durch schädlicheAbgase bewirken, sondern im Gegenteil sauerstoff-reiche Luft abgeben! Die Funktion von Druckluftein-richtungen ist leicht durchschaubar und rein mecha-nisch. Verborgene Vorgänge wie bei der Elektronikfinden nicht statt. Die Geräte sind leichtgewichtig,trotzdem robust und sicher, denn im Gegensatz zuElektrogeräten entstehen in ihnen keine Funken. Sieeignen sich daher besonders für den Einsatz in Berg-werken (Schlagwettergefahr!) und explosionsgefähr-deten Betrieben. Stromschläge, etwa durch schad-hafte Isolation können nicht vorkommen. Druckluft-geräte sind auch deswegen sicher, weil sie nicht über-lastbar sind. Ein bestimmter Luftdruck erzeugt in ei-nem Gerät eine bestimmte Kraft, die nicht überschrit-ten wird, solange der Druck nicht ansteigt. Es kannkeine Überbeanspruchung der Bauteile auftreten.Werden die Bewegungswiderstände zu groß oderblockiert eine Vorrichtung, so bleibt der Antrieb ebenstehen, um nach Beseitigung der Störung im allge-meinen wieder anzulaufen. Leckstellen sind zwarteuer, jedoch wird die Funktion der Anlage durchLeckstellen meist nicht behindert, wenn genügendDruckluft zur Verfügung steht.Zudem ist die Leckstelle am Geräusch der entwei-chenden Luft leicht zu erkennen und zu orten. Druck-luft kann – wenn nötig – mit entsprechendem Auf-wand rein, d. h. vor allem wasser- und ölfreihergestellt werden. Sie ist dann als Betriebsmittel inder Lebens-

mittel- und der pharmazeutischen Industrie geeig-net. Beim Auftreten einer Undichtigkeit findet dem-entsprechend keine Verunreinigung statt (im Gegen-satz zur Hydraulik, bei der austretende Betriebsflüs-sigkeit das Produkt verderben und die Anlage verun-reinigen kann).

Nachteilig ist beim Druckluftbetrieb neben den hohenBetriebskosten, daß die maximalen Kräfte begrenztsind, die in den Arbeitszylindern entwickelt werdenkönnen. Der Betriebsdruck beträgt in der Regel 6 bar;damit lassen sich ca. 30 kN an Kraft erzeugen. Ver-langt man größere Kräfte, so ergeben sich unhandlichgroße Arbeitszylinder-Durchmesser und unwirt-schaftlich hoher Luftverbrauch. Höhere Betriebs-drücke sind nicht ratsam, denn ein berstendes Druck-luftgefäß reißt explosionsartig, während ein Hydrau-likzylinder nach dem Auftreten eines Risses nur dieFlüssigkeit relativ gefahrlos entweichen läßt Für sehrhohe Drücke sind also Hydraulikanlagen mit Flüssig-keit als Betriebsmittel besser geeignet. Wegen derZusammendrückbarkeit (Kompressibilität) der Luftlassen sich genau gesetzmäßige Bewegungsabläufebei wechselnden Kräften nur mit hohem Aufwanderreichen (s. Mehrstellungszylinder Seite 36). DieArbeitsgeschwindigkeit ist stark vom Arbeitsdruckabhängig und beträgt maximal 300 m/min = 5 m/s. Inmanchen Fällen kann die aus den Geräten und Venti-len durch die Entlüftungen betriebsmäßig abblasen-de Luft störend sein, insbesondere durch Lärmbelä-stigung. Während das Zischen der Druckluft beiunseren Modellen eher Freude bereitet, müssen inder Industrie oftmals Schalldämpfer vorgesehen wer-den, um die Abluftgeräusche zu verringern.

Arbeitszylinder (Spann- und Hubzylinder), Druckluft-motoren, Drucklufthämmer u. ä. stellen aber nur ei-nen Teilbereich der Pneumatik dar. Für die Automa-tion steht nämlich ein ganz anderes Gebiet der

Anwendung pneumatischer Bauelemente im Vorder-grund, die Signalübertragung und -verarbeitungdurch pneumatische Logikelemente, auch kurz »Flui-dik« genannt. Sie bildet die Grundlage für Steue-rungs- und Regelungseinrichtungen aller Art, bei de-nen Druckluft als Signalträger oder Hilfsenergie dient.

Diese pneumatischen Logikelemente lassen sichganz wie die in der Elektronik gebräuchlichen Dioden,Transistoren usw. in logischen Schaltungen als Schal-ter, Verstärker usw. einsetzen. Dies ist besonders fürdie industriellen Anwendungen von Vorteil, da dasBetriebsmittel Druckluft dort ohnehin für andereZwecke (Druckluftwerkzeuge, Reinigung) gebrauchtwird und daher problemlos zur Verfügung steht. Aufdiese Steuerungstechnik wird in diesem Anleitungs-buch ausführlich eingegangen.

Ähnlich wie in der Elektrotechnik Bauelemente mitbeweglichen Teilen (z. B. Relais) durch elektronischeBauteile ohne bewegliche Teile (Transistoren, Thyri-storen) ersetzt werden, können auch die Kölbchen-ventile der Pneumatik durch Elemente ersetzt wer-den, die nahezu oder völlig ohne bewegliche Teileauskommen (Fluidiks). Sie stellen die z. Z. modernsteEntwicklung in der pneumatischen Steuerungstech-nik dar.

Pneumatische und hydraulische Einrichtungen kön-nen miteinander kombiniert werden. (Bremskraftver-stärker am Kraftfahrzeug, hydropneumatische Fede-rung.)

Auch lassen sich pneumatische und elektrischeSteuerungen miteinander kombinieren, z. B. durchelektrische Betätigung von Ventilen (Magnetventile).

Beispiele hierfür sind auf Seite 70 und 71 zu finden.

6

7

Absolutdruck, Überdruck, Unterdruck

Pneumatische Einrichtungen arbeiten also mit Luft.Es muß hier aber sogleich bemerkt werden, daß mitLuft oder einem anderen Gas in der Pneumatik zu-nächst einmal überhaupt nichts bewirkt werden kann.Eine Luftmenge, und sei sie noch so groß, ist für dieZwecke der Pneumatik wertlos. Wertvoll wird die Luftja erst durch die Kraftwirkung, welche der Luftdruck inden pneumatischen Geräten hervorbringt. Somitscheint der Luftdruck, d. h. der Druck der zur Verfü-gung stehenden Luftmenge, diejenige Größe zu sein,auf die es in der Pneumatik ankommt. Aber auchDruckluft allein, und sei ihr Druck auch noch so hoch,ist nicht imstande, nutzbringende Arbeit zu verrich-ten.

Die Bilder 1-4, 7 sollen dies begründen:

In Bild 1-7 ist ein Arbeitszylinder mit Kolben undKolbenstange zu sehen. Der Kolben befindet sich inMittelstellung, und die beiden Räume rechts und linksdes Kolbens sind an eine Druckluftquelle angeschlos-sen, welche einen Druck von beispielsweise 7 bar lie-fert (1 bar entspricht rund1kp/cm in den bis1970 gül-tigen Einheiten). Es leuchtet ein, daß die auf den Kol-ben ausgeübte Kraft auf beiden Seiten gleich ist, sodaß der Kolben keine Bewegung ausführen wird undan der Kolbenstange keine Kraft zu spüren ist. Bei ei-ner Erhöhung des Druckes wird eher der Zylinder ber-sten, als daß sich der Kolben in Bewegung setzt.

2

Vermindert man jedoch wie in Bild 2 – 7 den Druck aufder rechten Seite auf beispielsweise 3 bar, soüberwiegt die Kraft auf der linken Kolbenseite, undder Kolben setzt sich nach rechts in Bewegung, wo-bei an der Kolbenstange eine von der Kolbenflächeabhängige Kraft auftritt.

Druckluft7 bar

Druckluft7 bar

Druckluft7 bar

Freie Luft 1bar

Druckiuft 7bar

Druckluft 3bar

Freie Luft1 bar

Saugluft

bar0,4

Verbindet man nach Bild 3-7 die rechte Zylinder-seite mit der Umgebungsluft, der sogen.deren Druck etwa 1 bar beträgt, so steigen Kraft undGeschwindigkeit der Kolbenbewegung gegenüberBild 2 – 7 an.

freien Luft,

Auf Bild 4-7 ist schließlich der Fall dargestellt, daß aufder linken Kolbenseite der Druck der freien Luftherrscht, rechts jedoch ein »Unterdruck«. Auch in die-sem Fall setzt sich der Kolben nach rechts in Bewe-gung. Da der Druck der freien Luft in der Regel etwa1bar mißt, auf der Unterdruckseite aber, wenn alle Luftabgesaugt würde, höchstens 0 bar herrschen kön-nen, wird die Kraftwirkung am Kolben nur beschränktsein. müssen also für einegeforderte Kraftwirkung verhältnismäßig großeKolbenflächen aufweisen. Bild 5-8 stellt augenfälligden Unterschied zwischen Druck- und Saugluft dar.

Saugluftanlagen

Die maßgebende Größe für pneumatische Geräte istalso der Druckunterschied, der sich aus den Drückenauf beiden Seiten des Kolbens ergibt. Je größer dieseDruckdifferenz ist, desto größer werden Kraft undGeschwindigkeit der Kolbenbewegung.

Druckluft ist daher für die Pneumatik nur dann vonWert, wenn sie auf einen niedrigeren Druckentspanntwerden kann und dabei Arbeit verrichtet.

Saugluftanlagen sind dabei im Nachteil, weil bei ihnendie Druckdifferenz theoretisch höchstens 1 bar, in derPraxis sogar wesentlich weniger betragen kann.

Die Luft der Lufthülle unserer Erde weist, abhängigvon der Wetterlage, einen Druck auf, den man den

nennt und dessen Höheetwa1 bar ist. Pumpt man aus einem Gefäß die Luftvöllig ab, was praktisch jedoch nicht zu verwirkli-chen ist, so herrscht in diesem Gefäß der Druck 0 bar.Der Kompressor einer Druckluftanlage verdichtet dieangesaugte Luft auf beispielsweise 7 bar. Alle dieseDruckangaben nennt man , weil siegegenüber dem luftleeren Raum, dem Vakuum,angegeben sind.

atmosphärischen Druck

absolute Drücke

Bei dem Arbeitszylinder in Bild 3-7 ist die rechte Seitemit der freien Luft verbunden, so daß dortAtmosphärendruck, also 1 bar herrscht. Damit wirktdem Druck von 7 bar auf der linken Kolbenseite derDruck von 1 bar auf der rechten Kolbenseite entge-gen. Wirksam ist also am Kolben nur die Druckdiffe-renz 7-1 = 6 bar. Man nennt diese 6 bar den Über –druck.

Es gilt also:

Überdruck = Absolutdruck – Atmosphärendruck

p = p - pü abs atm

Druckluftanlagen arbeiten in der Regel mit einemÜberdruck von 6 bar, so daß der Kompressor die Luftauf einen Absolutdruck von mindestens 7 bar ver-dichten muß.

Herrscht wie in Bild 4-7 auf der rechten Kolbensei- teein Absolutdruck, der kleiner ist als der Atmosphä-rendruck, so spricht man von Unterdruck. EinAbsolutdruck von 0,4 bar entspricht also einem Unter-druck von 1 – 0,4 = 0,6 bar. Der Unterdruck kann niegrößer als1 bar werden, da der Absolutdruck nie unter 0bar, den Wert des Vakuums, sinken kann.

Hier gilt also: Unterdruck = Atmosphärendruck –Absolutdruck

p =p = pu atm abs

Die wenigsten Irrtümer entstehen, wenn man immermit den absoluten Drücken rechnet, wie dies für wis-senschaftliche Berechnungen ohnehin nötig ist. Inder Praxis wird jedoch viel mit den Begriffen Über-druck und Unterdruck gearbeitet.

Luft als Energiespeicher

Jeder weiß, daß man zum Spannen einer Feder Kraftbenötigt. Bild 1-9 zeigt eine Schraubenfeder. Man kannsie zusammendrücken, bis die Windungen sichberühren. Dabei steigt die Federkraft im gleichenVerhältnis wie der Federweg s, bis beim Gesamt-federweg die maximale Federkraft erreicht ist. Mansagt, daß die Federkraft d. h. geradlinig mit demFederweg ansteigt.

F

hlinear,

Wir nehmen uns jetzt den großen Arbeitszylinder ausdem Kasten, ziehen die Kolbenstange ganz herausund verschließen den Anschlußstutzen am gegen-überliegenden Zylinderboden mit einem P-Stopfen(Bild 2-9). Nun ist im Zylinder Luft eingeschlossen.Versuchen wir, die Kolbenstange in den Zylinder ein-zuschieben, so zeigt sich ein Widerstand, der um sostärker wird, je tiefer wir die Kolbenstange einschie-ben wollen. Lassen wir die Kolbenstange los, so fe-dert sie zurück. Tatsächlich benimmt sich die einge-schlossene Luft wie eine Feder. Und wie eine ge-spannte Feder (etwa in einem aufgezogenenUhrwerk) ist auch die zusammengepreßte Luftimstande, zu verrichten; sie besitzt DieArbeit, welche wir beim Hineinschieben der Kolben-stange verrichtet haben, bleibt in der Luft aufgespei-chert, bis sie beim Entspannen wieder frei wird. Auf

Arbeit Energie!

dieser Grundlage beruht letztlich die Pneumatik: Durcheinen Kompressor oder Verdichter wird die Luftzusammengepreßt. Sie erhält dadurch Energiezugeführt. Über Leitungen und Ventile gelangt die Luftin den Arbeitszylinder, wo sie zum gewünschtenZeitpunkt Arbeit verrichten kann.

Bei der »Luftfeder« stammt die Kraft an der Kolben-stange natürlich vom Druck der eingeschlossenenund zusammengepreßten Luft. Diese Kraft wächstaber nicht linear mit dem Weg der Kolbenstange, son-dern, wie Bild 3-9 zeigt, stärker an. Bei sehr langsa-mer Kolbenbewegung gilt die rote Kurve, bei rascherBewegung, wie sie bei den praktischen Anwendun-gen meistens vorkommt, die noch steiler ansteigen-de, schwarze Kurve.

9

Würde man den Kolben ganz in den Zylinder einschie-ben, so würde die Luft auf einen unendlich kleinenRaum zusammengepreßt und ihr Druck würde überalle Maßen ansteigen. Aus technischen Gründen läßtsich aber der Kolben nicht so gestalten, daß er die Luftauf das Volumen Null zusammenpressen könnte. Esbleibt immer ein mehr oder minder großes Luftvo-lumen im Raum vor dem Kolben und im Anschlu ßstut-zen.

Deswegen und wegen der unvermeidlichen Undich-tigkeiten zwischen Kolben und Zylinderwand steigt derDruck nicht auf unendlich hohe Werte an. Um Be-schädigungen der Kolbendichtung zu vermeiden,wollen wir jedoch nicht versuchen, den Kolben ganz inseine Endlage zu bringen, also die Kolbenstange völligin den Zylinder einzuschieben.

Baustufe

Die Federeigenschaften der Luft oder anderer Gasewerden beispielsweise bei der Federung von Fahr-zeugen ausgenutzt. Bild 4-10 zeigt ein Funktions-modell eines Fahrzeuges mit Luftfederung. DurchVerändern des in den Zylindern eingeschlossenenLuftvolumens läßt sich die Höhenlage des Fahrzeu-ges verändern (Niveauregulierung).

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Bei der Luftfederung erfolgen Verdichtung undEntspannung der Luft im gleichen Zylinder. BeiDruckluftanlagen sind aber für Verdichtung undEntspannung zwei verschiedene Zylinder vorgese-hen. Bild 6-12 zeigt das Funktionsprinzip einer Druck-luftanlage, Bild 5-11 das Modell dazu.

Zwischen dem Zylinder-60 als Verdichter-Zylinderund dem Zylinder-45 als Arbeitszylinder befindet sichein Ventil mit blauem Stößel als Absperrventil.

Schiebt man bei geschlossenem, also nicht betätig-ten Absperrventil den Kolben rasch in den Zylinderbis zum Anschlag an der Klemmbuchse-10, so wirddie Luft im Zylinder auf etwa ein Drittel ihres Volu-mens zusammengepreßt. Dabei steigt ihr Druck an.Öffnet man nun das Absperrventil, so dehnt sich dieLuft in den Arbeitszylinder hinein aus und verschiebtdessen Kolben.

Allerdings ist die dabei verrichtete Arbeit nicht sehrimponierend. Dies hat verschiedene Gründe: Zu-nächst einmal darf man mit dem Öffnen des Absperr-ventils nicht zu lange warten, weil sich sonst derDruck im Verdichter-Zylinder infolge Undichtigkeitenan der Dichtmanschette des Kolbens großenteils wie-der abbaut; zum andern muß die verdichtete Luftnach dem Öffnen des Absperrventils auch die Lei-tung zum Arbeitszylinder auffüllen, wodurch sie sehrstark an Druck verliert. Aus diesem Grunde sind auchdie Leitungen so kurz wie möglich gehalten. DieKlemmbuchse-10 darf nicht weggelassen werden, dadurch zu hohen Druckanstieg bei geschlossenemAbsperrventil Schäden an der Kolbendichtung zu be-fürchten sind. Will man den Versuch wiederholen, sowird man feststellen, daß er beim zweitenmalschlechter oder überhaupt nicht funktioniert. Daskommt daher, daß beim Zurückziehen der Kolben-stange wegen des geschlossenen Absperrventils kei-

ne Luft in den Verdichterzylinder gelangen kann. Manmuß beim Zurückziehen der Kolbenstange dasAbsperrventil betätigen. Dadurch wird einerseits derKolben des Arbeitszylinders wie bei einer Saugluftan-lage in seine Ausgangslage zurückgesaugt, anderer-seits wird beim Umschalten des Ventils der Verdich-terzylinder kurzzeitig mit der Außenluft verbundenund kann sich so füllen.

In Bild 6-12 sind die Vorgänge noch einmal ausführ-lich dargestellt. Man sieht im obersten Bild die beidenZylinder, in welchen der Druck p , in unserem Fall alsoder Atmosphärendruck, herrscht. Denn im Verdich-terzylinder (rechts) ist die eingeschlossene Luft nochnicht zusammengepreßt, während der Arbeits-zylinder (links) über das Ventil mit der freien Luft in

0

Verbindung steht. Schiebt man nun bei geschlosse-nem Ventil die Kolbenstange in den Verdichterzylin-der bis zum Anschlag ein und hält sie so fest, dannder Druck im Verdichterzylinder auf den Wert an.Öffnet man jetzt das Ventil, so gelangt die Luft mitdem Druck

p

p

1

2,

p ,

der aber aus den obengenannten

Gründen kleiner ist als in den Arbeitszylinder undentspannt sich dort, wobei sie den Kolben unterArbeitsverrichtung verschiebt. Der Druck im Verdich-terzylinder fällt etwa in gleicher Weise ab wie imArbeitszylinder.

1

Die unbefriedigende Wirkung unserer Primitiv-Druck-luftanlage kommt offensichtlich hauptsächlich vonder zu geringen Druckluftmenge her, welche unser»Kompressor« liefert, wodurch der Druck stark

absinkt. Trotzdem ist mit einer solchen einfachenAnlage noch etwas anzufangen. Wir lassen dasAbsperrventil einfach weg. Jetzt folgt der Arbeitszy-linderkolben sofort dem Verdichterkolben. Ist die Kol-benstange des ersteren unbelastet, so ist beim Bewe-gen nur die Reibung zu überwinden. Das aus dem Ver-dichterzylinder verdrängte Luftvolumen wird ohneDruckerhöhung in den Arbeitszylinder geschoben undverschiebt dessen Kolben. Hat nun der Arbeits-kolben eine Kraft aufzubringen, so muß man den Kol-ben im Verdichterzylinder so weit einschieben, bis derDruck so angewachsen ist, daß er im Arbeitszylinderdie nötige Kraft aufbringt. Daher wird der Weg desVerdichterkolbens größer sein müssen als der desArbeitskolbens, da ja ein Teil des Verdichterkolben-weges zur Drucksteigerung gebraucht wird. Verlangtman dem Arbeitszylinder größere Kräfte ab, so läßtsich der Verdichterkolben u. U. bis zum Anschlag ein-schieben, ohne daß ein ausreichender Druck aufge-baut werden kann. Wir wollen diesen Versuch mit denkurzen Verbindungsleitungen aber lieber nicht aus-führen, um die Kolbendichtungen nicht zu gefährden.

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Fernauslöser

Die Anordnung läßt sich für das Modell einer Fern-betätigung ausnutzen, die z. B. zur Fernauslösung desElektromotors einer Filmkamera dienen könnte. Bild1-13 zeigt schematisch den Aufbau der Einrichtung,zu deren Bau Motor und Batterieblock aus demKasten »Motor+ Getriebe« sowie der Taster aus demKasten »Elektromechanik« (der Taster ist auch inForm einer Zusatzpackung erhältlich) verwendetwurden. In Bild 2-13 ist das Modell zu sehen, währendBild 3-13 den Schaltplan wiedergibt. Der Betätiger istdurch Verschieben des Verbindungsstückes-15 soeinzustellen, daß der Taster beim Betätigen des»Geberzylinders« einwandfrei schaltet, beim Los-lassen des Knopfes am Geberzylinder aber auchsicher wieder zurückschaltet, wenn die Membran desBetätigers entlastet wird, Die lange Verbindungs-leitung ist aufzustecken, wenn die Kolbenstange ausdem Geberzylinder voll ausgefahren ist. Wegen der

langen Leitung sind Schutzmaßnahmen für dieKolbendichtung nicht erforderlich; der Kolben kannbedenkenlos bis zum Anschlag eingedrückt werden.

Batteriehalter ist nicht geeignet fürwiederaufladbare Akkus

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Lufthammer

Verbinden wir nach Bild 1-14 zwei doppeltwirkende(s. Seite18) Zylinder miteinander, so kann die Bewe-gung des Kolbens des einen Zylinders auf den desanderen übertragen werden. Auf diesem Prinzip be-ruht der Lufthammer. Wegen der Federeigenschaf-ten der Luft ist er den Federhämmern zuzurechnen.

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Seinen Aufbau zeigt Bild 2-14. Der Arbeitskolben(eigentlich der Verdichterkolben!) wird hierbei übereinen Kurbeltrieb durch einen Elektromotor angetrie-ben. Dadurch entsteht jeweils über oder unter demArbeitskolben ein Druck, durch den der ge-hoben oder gesenkt wird. Genau betrachtet ist der

Bärkolben

Vorgang wegen der Federeigenschaften der Luftetwas verwickelter. Der mit Schwung aufwärtsflie-gende Bärkolben verdichtet nämlich die über ihm be-findliche Luft, so daß diese zusätzlich zu der Verdich-tung durch den Arbeitskolben weiter zusammen-gepreßt wird. Bei der Entspannung der so auf doppel-te Weise verdichteten Luft wird der Bärkolben mitgroßer Kraft nach unten geschleudert. Es wird alsodie Trägheit des nach oben fliegenden Kolbens zu-sätzlich ausgenutzt, um die Luft höher zu verdichten.Durch Steuerventile sind auch Einzelschläge mög-lich. Solche Hämmer werden in Schmieden einge-setzt.

Bild 3-15 zeigt das einfach zu bauende Funktions-modell. Der Arbeitszylinder ist hierbei ein Zylinder-45,während der Bärzylinder durch einen Zylinder-60 ge-bildet wird. Für die einwandfreie Funktion des Ham-mers ist es unbedingt erforderlich, die Verbindungs-schläuche zwischen den beiden Zylindern aufzu-stecken, wenn der Arbeitskolben in seiner untersten,der Bärkolben etwa in Mittelstellung steht.


Lufthammer

Rückansicht

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Druckluftquellen

Der fischertechnik Modellkompressor

Der fischertechnik Modellkompressor dient alspreiswerte Druckluftquelle für eine ganze Reihe derim Pneumatik-Anleitungsbuch beschriebenen undbesonders gekennzeichneten Modelle. Zu seinerStromversorgung wird das Netzgerät, Best.-Nr.30173, empfohlen.

Wirkungsweise

Der fischertechnik Modellkompressor ist ein Ko I-b e n k o m p r e s s o r mit und

Er arbeitet mit zwei undeinem Zylinder mit Hubkolben. Beim Rückgang desKolbens entsteht im Zylinder ein Unterdruck. Die Luftwird durch das angesaugt. Bewegt sichdann der Kolben nach vorn, schließt das Saugventil,und die Luft wird verdichtet. Ist ein genügend hoherDruck im Zylinder entstanden, höher als der Druck imDruckspeicher, öffnet das und dieverdichtete Luft wird in den Druckspeicher gescho-ben. Jetzt geht der Kolben wieder zurück, währenddas schließt.Der Druckregler sorgt dafür, daß der Antriebs-motor des Kompressors nach Erreichen des Spei-cherdruckes von ca. 0,3 bar selbsttätig abgeschaltetwird. Erst wenn dem Speicher Luft entnommen wirdund dadurch der Druck in demselben absinkt,schaltet sich der Motor wieder ein. Dadurch wird derDruck im Speicher annähernd konstant gehalten.Zum Zwecke der Regelung ist an einen Speicherbe-hälter ein B e t ä t i g e r angeschlossen, wie wir ihn ausder fischertechnik Pneumatik kennen. Er wirkt übere inen federbe las te ten Stößel auf e inenm i n i – Ta s t e r, welcher die Schaltung des Motor-stromes übernimmt.

Druckspeicher Druck-regler. Rückschlagventilen

Saugventil

Druckventil,

Druckventil

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Der D r u c k s p e i c h e r ist ein wesentlicher Be-standteil der Kompressoranlage und für ihren ein-wandfreien Betrieb unbedingt erforderlich. Seinewichtigste Aufgabe ist die Energiespeicherung inForm von Druckluft.

Die beiden Speicherbehälter des fischertechnikModellkompressors haben zusammen ein Volumenvon rund 200 cm . Sie reichen für die Versorgungeinzelner Arbeitszylinder bequem aus. Für Modelleund Schaltungen mit höherem Luftverbrauch, insbe-sondere auch solche mit Luftschranken, liefert derModellkompressor jedoch zu wenig Luft. Für die Ver-sorgung steht in diesen Fällen der Kleinkompressorzur Verfügung. Für den Probelauf verschließt man denStutzen P des unteren Behälters und läßt den Motoranlaufen. Nach Erreichen des Abschalt- druckes mußder Motor vom mini-Taster stillgesetzt werden. Beistillstehendem Motor darf der Druck nur langsamabsinken, sonst liegt eine größere Undichtigkeit vor.Man überprüfe in diesem Fall vor allem die Stopfen auffesten Sitz.Normalerweise verliert die Anlage nach einiger Zeitetwas an Druck, so daß sich der Kompressor wieder

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einschaltet. Nach wenigen Umdrehungen wird derBehälter wieder den richtigen Druck haben.Beim Anschluß von Modellen wird während derBetätigung der Arbeitszylinder der Druck absinken.In den Betätigungspausen stellt der Kompressor denDruck wieder her.

Bei Modellen mit dauerndem Luftverbrauch sinkt derBetriebsdruck stark ab. Der Kompressor läuft dabeiununterbrochen. Dann ist die Leistungs-Grenze desKompressors erreicht.Der fischertechnik Modellkompressor ist weitge-hend wartungsfrei. Lediglich der Schneckenantriebsollte in größeren Zeitabständen mit etwas Vaselineoder Fett geschmiert werden.

Der fischertechnik Kleinkompressor

Die beste und eleganteste Lösung ist der fischer-technik K I e i n k o m p r e s s o r, Best.-Nr. 30 864, derauf den speziellen Anwendungszweck abgestimmtist, und mit welchem alle Schaltungen und Modellebeliebig lange Zeit einwandfrei arbeiten. Er liefert inder Minute etwa 40 Liter Luft bei einem Druck von ca.0,5 bar. Eine Beschädigung der Bauelemente durchzu hohen Druck ist daher ausgeschlossen.


Druckluftturbine

Mit der Druckluftturbine hat wohl jeder schon in mehroder weniger angenehmer Weise in Form des Turbi-nenbohrers des Zahnarztes Bekanntschaft gemacht.

Der Druck der verdichteten Luft stellt ja, wie wir erfah-ren haben, Energie dar – im vorliegenden Fall ebenDruckenergie. Durch eine Düse, d. h. eine verengteAusströmöffnung, läßt sich die Druckenergie in Bewe-gungsenergie umformen. Die ruhende Luft erhältbeim Ausströmen durch die Düse eine im allgemei-nen vom Druckabhängige Geschwindigkeit. Trifft dieströmende Luft auf einen ruhenden Körper, so wird sieabgebremst. Dabei wird die Bewegungsenergiewieder mehr oder minder in Druckenergie zurückver-wandelt. Diese übt eine Kraft auf den Körper aus, sodaß sich dieser in Bewegung setzt. Strömt also Luftgegen die Schaufeln eines Turbinenrades (Bild 1-17),so versetzt sie dieses in Drehbewegung. Da-bei ergeben sich in der Regel sehr hohe Drehzahlen.

Unser Turbinenmodell (Bild 2-17) benutzt als Turbi-nenrad ein Zahnrad Z-40/32, dessen Zähne alsSchaufeln wirken. Die dem Baukasten beiliegendeDüse wird so auf die Zähne gerichtet (vergleiche Bild 1-17), daß sich die höchste Drehzahl ergibt. BeimEinschalten der Druckluft läuft die Turbine mit demcharakteristischen Geräusch hoch, d. h. ihre Drehzahlwächst allmählich bis zu einem Höchstwert an. Ist dieTurbine unbelastet (Leerlauf), so kann die Drehzahlhöchstens so weit ansteigen, daß die Geschwindig-keit eines Zahnes, d. h. einer »Schaufel« so groß wirdwie die Geschwindigkeit des aus der Düse austreten-den Strahles. Soll die Turbine eine Maschine antrei-ben, wird sie also belastet, so sinkt ihre Drehzahl so-fort mehr oder minder stark ab. Bei zu starker Bela-stung bleibt die Turbine stehen. Sie nimmt aber dabeikeinen Schaden.

Die hohe Drehzahl der Druckluftturbinen (120000-350000 Umdrehungen pro Minute) macht ein Unter-setzungsgetriebe notwendig, um zu verwertbarenDrehzahlen und ausreichenden Drehmomenten zukommen. Dies ist im Modell angedeutet. Für Schleif-und Bohrzwecke kann die hohe Drehzahl allerdingswünschenswert sein, so daß man hier ohne Getriebeauskommt. Dann ist aber die Turbine nur wenig be-lastbar bzw. wird bei Belastung stark abgebremst.

Die Turbinendrehzahl kann durch ein vorgeschaltetesDrosselventil (P-Drossel) gesteuert werden. Da aberdieses Ventil auch in völlig geöffnetem Zustand nocheine gewisse Drosselwirkung aufweist, erzielt man diemaximale Drehzahl nur ohne dieses Ventil.

Dem Baukasten liegt eine zweite Düse bei. Der loh-nende Umbau auf eine mit 2 Düsen ausgerüstete Tur-bine ist einfach und sei dem findigen Leser überlas-sen.

Wegen des hohen Luftverbrauchs ist die Turbine mitdem fischertechnik-Modellkompressor nicht zubetreiben.

Rückansicht

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�F= p

d2

4

�F= p

d2

4

�= 0,05132

4= 6,6 N


Kennt man den Durchmesser des Zylinders bzw. desKolbens, so kann man die Kraft an der Kolben-stange berechnen, wenn der Druck bekannt ist:

dFp

Arbeitszylinder

Unser Pneumatikkasten enthält eine Reihe verschie-dener Arbeitszylinder. Die wichtigsten Größen zur Be-stimmung der Arbeitszylinder sind Durchmesserund Hub (Bild 1-18). Unter Hub versteht man denWeg, den der Kolben im Zylinder zurücklegen kann.

dh

Bauteile und Schaltzeichen

Nachdem wir nun ohne nähere Kenntnis der Bauteilezu einigen gut funktionierenden Modellen gekommensind, müssen wir uns im folgenden doch etwas nähermit den Bauteilen des Pneumatikkastens vertraut ma-chen. Um eine Druckluftanlage oder eine pneumati-sche Steuerung darzustellen, bedient man sichähnlich wie in der Elektrotechnik eines Schaltplanesmit genormten Schaltzeichen, welche die ausführli-che Darstellung der Bauelemente ersparen. DieSchaltzeichen der Pneumatik sind in der DIN-Norm24300 bzw. ISO-Norm 1219 festgelegt. Hieran habenwir uns in unseren Schaltplänen im wesentlichen ge-halten und sind nur dort etwas abgewichen, wo dieszum besseren Verständnis der Wirkungsweise erfor-derlich schien.

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Unsere Zylinder haben Durchmesser von 13 mm. Lie-fert unsere Druckluftquelle einen Überdruck von 0,5bar, das sind 0,05 N/mm2, so kann ein Arbeitszylindereine Kraft von

aufbringen. Ein Teil dieser Kraft wird allerdings durchReibung der Kolbendichtungen und der Kolbenstan-ge im Zylinderdeckel aufgezehrt.

Einfachwirkende Zylinder

Ihr Schaltzeichen oder Bildsymbol sieht folgender-maßen aus:

Der einfachwirkende Zylinder erfährt nur auf einerKolbenseite eine Druckluftzufuhr, wie der kleineStrich an der Zylinderwand des Schaltzeichensandeuten soll. Daher kann er nur in einer Richtungarbeiten. Die Rückführung des Kolbens in seine Aus-gangslage muß durch äußere Kräfte (Gewichtskraftdes gehobenen Gegenstandes o. ä.) meist jedochdurch eine besondere Rückholfeder geschehen.Dann sieht das Schaltzeichen so aus:

Unser Kasten enthält einen einfachwirkenden Zylin-der mit Rückholfeder und 16 mm Hub (s. Bild 2-18).

Einfachwirkende Zylinder sind beliebt wegen ihrereinfachen Steuerung und des geringen Luftver-brauchs, da ja die Rückbewegung nicht auf pneumati-schem Weg, also ohne Luftverbrauch, geschieht.Allerdings kann der Hub, bedingt durch die Feder,nicht mehr als etwa 100 mm betragen.

Doppeltwirkende Zylinder

Ihr Schaltzeichen gleicht dem des einfachwirkendenZyiinders, nur ist der zweite Anschluß durch einenweiteren Strich an der Zylinderwand angedeutet:

Unser Baukasten enthält je einen doppeltwirkendenZylinder mit16 bzw. 32 mm Hub (Zylinder-45 bzw. Zy-linder-60) (Bild 3 – 18): Im Bildzeichen schlägt sich dieHublänge nicht nieder, d. h. alle doppeltwirkendenZylinder haben das gleiche Schaltzeichen.

Der doppeltwirkende Zylinder kann in beiden Rich-tungen arbeiten. Daher sind für die Rückbewegungkeine Federkräfte oder ähnliche Maßnahmen erfor-derlich, vielmehr geschieht die Rückbewegung eben-falls pneumatisch, indem die andere Kolbenseite überden zweiten Anschluß mit Druckluft beauf- schlagtwird. Für einen Hin- und Rückgang ist folglich derLuftverbrauch etwa doppelt so hoch wie beimeinfachwirkenden Zylinder. Die Steuerung ist etwasaufwendiger, außerdem sind die vom doppeltwirken-den Zylinder aufgebrachten Kräfte nicht in beidenRichtungen gleich, denn auf der Seite des Kolbens, anwelcher die Kolbenstange sitzt, ist die wirksame Kol-benfläche kleiner, so daß die Kraft beim (Ein-fahrhub) kleiner ist als beim Nur Zylindernach Bild 1 – 7 mit durch beide Zylinderdeckel ge-hender Kolbenstange haben in beiden Richtungengleiche Kraftwirkung.Doppeltwirkende Zylinder können einfachwirkendbetrieben werden, wenn man nur eine Seite des Kol-bens mit Druckluft beaufschlagt und zur Rückführungäußere Kräfte benutzt. Man kann auch den zweitenAnschluß des Zylinders dichtmachen und den Kolbengegen das eingeschlossene Luftpolster wirken las-sen, das ja eine Feder darstellt.

RückhubAusfahrhub.

Membranzylinder, Betätiger

Die in unserem Baukasten enthaltenen Membranzy-linder sind im Prinzip einfachwirkende Zylinder. DieMembran wölbt sich unter Druckluftwirkung nachaußen und tritt beim Nachlassen des Druckes infolgeder Elastizität des Gummiwerkstoffes wieder in ihrGehäuse zurück. Das Schaltzeichen ist daher auchdas gleiche wie für den einfachwirkenden Zylinder

3-19). Membranzylinder sind für sehr kleineHübe vorgesehen und zeichnen sich durch absoluteDichtheit aus. Da diese Membranzylinder weniger zur

(Bild

Arbeitsleistung als zur Betätigung von Ventilen ver-wendet werden, nennen wir sie auch »Betätiger«,Unser Kasten enthält 4 einfache Betätiger und einenDoppelbetätiger (Bild 4-19). Sein Schaltzeichen istdas folgende:

VentileDie in der Pneumatik eingesetzten Ventile dienenmeist als Steuerelemente. Von den verschiedenen,nach ihrer Funktion geordneten Ventilgruppen, We-geventile, Sperrventile, Druckventile und Stromventi-le interessieren uns hier nur die undWege- Stromven-tile.

Wegeventile

Die Bezeichnung der Wegeventile richtet sich nachder Zahl der Wege und der Schaltstellungen. Ein nor-maler Absperrhahn hat 2 Wege (Zu- und Abfluß) und2 Schaltstellungen (Auf, Zu). Er wird daher abgekürztals 2/2-Wegeventil bezeichnet. In den Schaltzeichenwird der Druckluftanschluß immer mit P gekennzeich-net, die Arbeitsleitungen mit A, B, C usw., die Entlüf-tung (also die Verbindung mit der freien Luft) mit R.Steuerleitungen tragen die Kennzeichnung Z, Y, Xusw.

Ein Ventil ist ein Ö f f n e r, wenn es in Ruhestellung, d.h. unbetätigt, geschlossen ist und bei BetätigungDruckluft durchläßt; es ist ein S c h I i e ß e r, wenn esin Ruhestellung Druckluft durchläßt und bei Betäti-gung den Durchfluß unterbricht.

Die Funktion eines Ventils kann aus seinem Schaltzei-chen abgelesen werden. Für jede Schaltstellung wirdein quadratisches Kästchen gezeichnet. Beim 2/2-Wegeventil sieht dies aus wie in Bild 1 – 20 oder4-20. Beim Öffner (Bild 2-20) sind in nicht betätig- temZustand die Anschlüsse P (Druckluft) und A (Ar-beitsleitung) gesperrt. Bei Betätigung (Bild 3-20) wer-den die beiden Anschlüsse miteinander verbunden.Umgekehrt sind beim nicht betätigten Schließer (Bild5-20) die Anschlüsse P und A miteinander verbun-den, und die Druckluft kann fließen. Bei Betätigung(Bild 6-20) werden die beiden Anschlüsse gesperrt.

Für die Steuerung von Arbeitszylindern sind 3/2-We-geventile praktischer, da nach jeder Hubbewegungdes Kolbens die verbrauchte Luft ins Freie abgelas-sen werden muß (Entlüftung). Dies besorgt das 3/2-Wegeventil automatisch. Sein innerer Aufbau istdurch die Schaltzeichen nach Bild 7 – 20 (Öffner) und10 – 20 (Schließer) gekennzeichnet. Es sind 3 An-schlüsse vorhanden: P für die Druckluft, A für die


2/2 Wegeventil

Öffner (normalgeschlossen)

3/2 Wegeventil

Öffner (normalgeschlossen)

3/2 Wegeventil

(normal geöffnet)Schließer

nicht betätigt nicht betätigt nicht betätigt

betätigt

2/2 Wegeventil

Schließer(normal geöffnet)

betätigt betätigt

nicht betätigt

betätigt

Arbeitsleitung und R für die Entlüftung. Unser Pneu-matikkasten enthält drei 3/2-Wegeventile als Öffnerund ein 3/2-Wegeventil als Schließer. Die Öffner sindam blauen, der Schließer ist am roten Stößel zu erken-nen.

Bild 8 – 20 zeigt anhand des Schaltzeichens und ei- nesSchnittbildes durch das Ventil den nicht betätig- tenZustand des Öffners. Die Druckluftleitung istabgesperrt. Die Arbeitsleitung ist mit der Entlüftungverbunden. Betätigt man das Ventil (Bild 9-20), so wirddie Druckluftleitung mit der Arbeitsleitung ver-bunden und die Entlüftung abgesperrt. Die Bilder 11-20und 12-20 zeigen die entsprechenden Vor-gänge beim Schließer. Dort ist im nicht betätigten Zu-stand die Druckluftleitung mit der Arbeitsleitung ver-bunden und die Entlüftung gesperrt. Bei Betätigungwird die Druckluftzufuhr unterbrochen und dieArbeitsleitung mit der Entlüftung verbunden. Würdeman ein 2/2-Wegeventil zur Steuerung eines Zylin-ders verwenden, so würde nach dem Schließen desVentils der Kolben nicht zur Ruhe kommen, da sich dieim Zylinder befindliche, unter Druck stehende Luft janoch ausdehnt. Daher muß der Kolben entwederimmer bis in die Endlage gefahren werden oder derZylinder muß nach dem Abschalten der Druckluft mitder freien Luft verbunden werden. Genau dieses be-sorgt das 3/2-Wegeventil. Würde man einen einfach-wirkenden Zylinder mit Federrückstellung mit einem2/2-Wegeventil steuern, so könnte der Kolben nachdem Absperren der Druckluft nicht zurücklaufen, dasich ja noch die Druckluft im Zylinder befindet, wel-che erst abgelassen werden muß. Dies ist durch dieVerwendung des 3/2-Wegeventils möglich. Es ist alsodie universell einsetzbare Ventilart, die die Funktiondes 2/2-Wegeventils mit übernehmen kann. Daherenthält unser Pneumatikkasten keine 2/2-Wegeventi-le.

Unsere 3/2-Wegeventile sind »Taster«. Sie gehennach der Betätigung selbsttätig wieder in ihre Aus-gangsstellung zurück. Dies wird im Schaltzeichendurch die Federsymbole angedeutet. Die Betätigungkann direkt durch Druck auf den Stößel geschehen. Eskann aber auch der abgebildete Rollenhebel ver-wendet werden.

Rollenhebel

Dieser kann in 3 Stellungen am Ventilgehäuse befe-stigt werden. Wegen der Elastizität des Rollenhebelsbraucht das Ventil nicht so genau eingestellt werden.

Der Druckluftanschluß befindet sich bei allen unserenVentilen auf der dem Stößel gegenüberliegenden Sei-te. Die Entlüftung hat keinen besonderen Anschluß.

Für die Steuerung doppeltwirkender Zylinder ist ein4/2-Wegeventil praktisch. Es hat 4 Anschlüsse, näm-lich die Druckluftleitung P, die Entlüftung R und diebeiden Arbeitsleitungen A und B (Bild 13 – 21). In nichtbetätigtem Zustand (Bild 13 – 21) sind Druckluftlei-tung und Arbeitsleitung B miteinander verbunden,und die Arbeitsleitung A ist entlüftet. Bei Betätigungerhält die Arbeitsleitung A Druckluft, und die Arbeits-leitung B wird mit der Entlüftung verbunden (Bild14-21). Wie die Bilder 15-21 und 16-21 zeigen, kannein 4/2-Wegeventil durch Zusammenschalten vonzwei 3/2-Wegeventilen, eines Öffners und einesSchließers, die gleichzeitig betätigt werden, ersetztwerden. Daher können wir ein 4/2-Wegeventil inunserem Kasten entbehren.

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Stromventile

Stromventile beeinflussen die durchfließende Druck-luftmenge. Sie bilden eine einstellbare Verengung inder Leitung (Drosselventil). Unser Kasten enthält einmit P-Drossel bezeichnetes Stromventil mit Einstell-schraube. Seinen Aufbau zeigt das Schnittbild17 – 22,das Schaltzeichen ist in Bild 18-22 dargestellt.

Leitungen

Unser Pneumatikkasten enthält 3 m Kunststoff-schlauch von 2 mm lichter Weite. Er wird auf dieder Geräte (Ventile, Zylinder usw.) aufgesteckt. Beider Verlegung darf der Schlauch nirgends geknicktsein, da eine Knickstelle wie ein teilweise oder völliggeschlossenes Drosselventil wirkt. Neue Schlauch-stücke sollen nicht allzu fest auf die Tüllen aufge-steckt werden, damit sie sich leicht entfernen lassen.Dabei soll nicht an den Schläuchen gezogen werden;diese sind vielmehr unmittelbar an den Tüllen mit denFingernägeln abzustreifen. Zusätzlich benötigterSchlauch kann nachbezogen werden.

Tüllen

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Der Anschluß an die Druckluftquelle geschieht überden P-Verteiler, welcher mit Hilfe des kurzen, weitenSchlauchstücks mit dem Auslaßstutzen des Kom-pressors oder e!ner anderen Druckluftquelle verbun-den wird. Von den 8 Anschlußstutzen des P-Verteilerswerden die nicht benötigten mit den P-Stopfen ver-schlossen (Bild 19-22), um Luftverluste zu vermei-den. Dies gilt ebenso für die T-Stücke, welche in Ver-bindung mit den P-Stopfen auch zum Zusammenkup-peln von Schlauchstücken verwendet werden kön-nen. P-Verteiler und T-Stücke können mit ihren Zap-fen an den fischertechnik-Bausteinen und auf denGrundplatten befestigt werden.

Für den Anschluß des fischertechnik-Modelikom-pressors ist der P-Verteiler nicht erforderlich. DerAnschluß kann in einfacher Weise über die T-Stückeerfolgen.

GrundschaltungenSteuerung einfachwirkender Zylinder

Wir lösen nun unsere erste pneumatische Steue-rungsaufgabe: die Steuerung eines einfachwirken-den Zylinders. Hierzu benötigen wir ein 3/2-Wegeven-til als Öffner. Den Schaltplan zeigt Bild 1 – 23, denSchaltungsaufbau Bild 2-23, und eine Funktionsskiz-ze ist als Bild 3-23 bzw. 4 – 23 beigefügt.

Bei nicht betätigtem Ventil (Bild 3-23) ist die Druck-luftzufuhr P abgesperrt, und der Zylinder ist über dieArbeitsleitung A mit der Entlüftung R verbunden. Be-tätigt man das Ventil (Bild 4-23), so wird die Druck- luftauf den Zylinder geschaltet und der Kolben (bzw. dieMembran des Betätigers) verschoben. Wenn man denRollenhebel der Ventilbetätigung losläßt, so schließtdas Ventil die Druckluftzufuhr ab und verbindet denArbeitszylinder mit der Entlüftung. Daher kann dieFeder den Kolben wieder in die Ausgangsla- gezurückführen. Beim Betätiger bewirkt dies die Ela-stizität der Gummimembran.

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Pneumatische Kupplung

Als Anwendungsbeispiel ist in Bild 5 – 24 einegezeigt. Wenn das Ventil

öffnet, verschiebt der Arbeitskolben über das Kupp-lungsstück-2 die Antriebswelle (Achse-110) und trenntdadurch die als Kupplungsscheiben dienen- denReifen-45. Durch die vorgeschaltete P-Drossel kanndie Bewegung des Arbeitskolbens verlangsamtwerden, so daß ein sanftes Einkuppeln stattfindet.(Näheres über Geschwindigkeitssteuerung s. Seite54.) Solche pneumatisch betriebenen Kupplungsein-heiten fanden sich bis vor einiger Zeit in halbautoma-tischen Getrieben von Kraftfahrzeugen. Sie wurdenallerdings für Unterdruckbetätigung ausgelegt.

pneu-matisch betätigte Kupplung

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Spannvorrichtung

In Bild 5-26 ist ein einfachwirkender Zylinder über ein3/2-Wegeventil als Schließerr gesteuert. Der Zylin- dersteht also normal dauernd unter Druck und übt so- mitan der Kolbenstange eine Kraft aus. Diese Art derSteuerung wird vor allem bei Spannvorrichtungen be-nutzt, die nur beim Werkstückwechsel entlastet wer-den.

In Bild 7 – 26 ist das Modell einer solchenwiedergegeben. Wir stellen uns vor, daß die

Werkstücke (Bausteine-30 mit Bohrung) durch einWerkzeug in der Bohrung nachgearbeitet werden sol-len. Dieses Werkzeug wird durch einen Seilklemm-stift, der in einer Klemmkupplung steckt und pneuma-

Spannvor-richtung

tisch gesenkt werden kann, symbolisiert. Die Werk-zeugbetätigung geschieht durch den Zylinder-45 mitFeder. Das Werkstück wird durch 2 Membranzylinder(Betätiger) und durch Anschläge in der richtigen Stel-lung gehalten, so daß das Werkzeug nach einmaligem»Einrichten« bei allen folgenden Werkstücken ein-wandfrei in die Bohrungen eintreten kann. Der gerin-ge Hub der Membranzylinder macht sie für den ge-schilderten Zweck sehr geeignet, da sie überausplatzsparend unterzubringen sind.

Die Betätigung des Werkzeugzylinders geschieht ge-mäß der Schaltung für den einfachwirkenden Zylinder(Bild 1-23) durch ein 3/2-Wegeventil als Öffner. DieSpannvorrichtung löst sich nur bei Betätigung, hältalso bei nicht betätigtem Ventil das Werkstück fest.Die beiden Betätiger werden durch ein 3/2-Wege-ventil als Schließer nach dem Schaltbild 6-25 ge-steuert. Der Leser möge einmal versuchen, dasSchaltbild der Gesamtanlage mit Hilfe der Schaltzei-chen aufzuzeichnen. Die Lösung befindet sich aufSeite 74. Man beachte, daß das Schaltbild i.a. auf dieStellung der Kolben in den Zylindern keine Rücksichtnimmt.

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Spannvorrichtung

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Baustufe

Logikschaltungen

Die folgenden beiden Schaltungen sollen einenersten Einblick in die Möglichkeiten der pneumati-schen Logikschaltungen geben.

UND-Steuerung

Es sei die Forderung gestellt, daß der Zylinder nurdann Druckluft erhalten soll, wenn beide Ventile I undVentil II betätigt sind. Schreibt man für »betätigt« dasZeichen »1« und für »nicht betätigt« das Zeichen »0«,entsprechend beim Zylinder »1« für »Zylinder anDruckluft« und »0« für »Zylinder an Entlüftung«, soergibt sich folgender Zusammenhang:

Ventil I Ventil II Zylinder

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

Man erkennt, daß der Zylinder nur dann mit demDruckluftanschluß verbunden ist, wenn Ventil I UNDVentil II betätigt sind. In jedem anderen Fall, also wennnur ein Ventil oder keines betätigt werden, ist der Zy-linder mit der Entlüftung verbunden. Das obige Sche-ma entspricht der sogenannten derUND-Funktion in der Logik.

Funktionstabelle

Bild 8-27 zeigt den Schaltplan, Bild 9-27 den Aufbaueiner Schaltung, welche die eingangs aufgestellteForderung erfüllt. Solche Schaltungen findet man z. B.als Sicherheitsschaltungen an Pressen. Dort mußunter allen Umständen vermieden werden, daß derBedienende noch die Hand im Arbeitsbereich desPressenstempels hat, wenn die Presse betätigt wird.Man bringt daher zwei Taster so an der Maschine an,daß sie außerhalb des Gefahrenbereichs liegen undnur mit beiden Händen gleichzeitig zu bedienen sind.Es kommt eine UND-Schaltung zur Anwendung: Nurwenn beide Taster gedrückt werden, schaltet sich dieMaschine ein. Unser Modell (Bild10-28) ist mit einersolchen Sicherheitsschaltung ausgerüstet.

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Sicherheitsschaltung einer Presse

28

Baustufe

ODER-Steuerung

Hier soll der Arbeitszylinder Druckluft erhalten, wennmindestens 1 Ventil betätigt wird, also Ventil I ODERVentil II ODER beide! Dadurch wird es z. B. Möglich,den Zylinder von verschiedenen Orten aus zusteuern. Solche Schaltungen sind aus der Elektro-technik bekannt und dort leicht zu verwirklichen (Bild11-29). Soll eine Lampe von verschiedenen Ortenaus eingeschaltet werden, so ist dies durch die Schal-ter I und II ohne weiteres möglich. Soll noch eine wei-tere Betätigungsstelle eingerichtet werden, so kanndies leicht durch Einfügen eines zusätzlichen Schal-ters III in die Schaltung geschehen.

Bild 12-29 läßt erkennen, daß dies bei pneumati-schen Schaltungen mit 3/2-Wegeventilen nicht soeinfach möglich ist, da über das nicht betätigte Ventiljeweils Verbindung des Zylinders zur Außenluft be-steht. Betätigt man Ventil I, so strömt die Druckluft überden Anschluß R des Ventils II nutzlos ab undumgekehrt. Durch Einfügen eines Wechselventilskann man das Problem lösen (Bild 13-29). Den einfa-chen Aufbau eines Wechselventils und sein Schalt-zeichen zeigt Bild 14-29. Die Kugel sperrt durch denLuftdruck selbsttätig die gerade nicht benötigte Lei-tung ab.

29

Bild 15-30 lehrt, wie man ohne Wechselventil aus-kommt. Jedes 3/2-Wegeventil versorgt einen Betäti-ger mit Druckluft, der über das 3/2-Wegeventil III denZylinder steuert. Den Aufbau der Schaltung zeigt Bild16 – 30.

Bei häufiger Betätigung in kurzen Zeitabständen trittbei Verwendung des fischertechnik-Modellkompres-sors ein starker Druckabfall ein.

30

Man kann die Funktion der ODER-Schaltunganhand folgender Tabelle darstellen:

Steuerungen für doppeltwirkendeZylinder

Die Steuerung eines doppeltwirkenden Zylinders ist inBild 2-31 dargestellt. Bild 1-31 zeigt das Schaltbilddazu. Der Schaltungsaufbau ist in Bild 3-31 zu sehen.

Durch jedes der beiden Ventile wird eine Kolbenseiteunter Druck gesetzt und der Kolben somit in der ge-wünschten Richtung verschoben. Ist keines der Venti-le betätigt, so sind beide Kolbenseiten mit der freienLuft verbunden, so daß sich die Kolbenstange belie-big verschieben läßt.

Wegen des relativ starken Luftverlustes an der Kol-benstangenführung erfolgt die Einfahrbewegung derKolbenstange bei Verwendung des fischertechnik-Modellkompressors mit deutlich verminderter Kraft.

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Bei der folgenden Schaltung (Bild 4 – 32) ist ein 4/2-Wegeventil verwendet worden. Je nach Stellung desVentils steht die eine oder andere Kolbenseite unterDruck, d. h. der Kolben befindet sich in Ruhe immer ineiner Endstellung und wird dort durch den Luftdruckfestgehalten. Bekanntlich (s. Seite 21) läHt sich ein4/2-Wegeventil durch je ein 3/2-Wegeventil als Öffnerund Schlie8er ersetzen, die gleichzeitig betätigt wer-den. Bild 5-32 zeigt das Schaltbild, Bild 6-32 denSchaltungsaufbau. Die gleichzeitige Betätigung derbeiden Ventile wird hier durch die Verbindung der bei-den Rollenhebel durch eine Achse-30 bewirkt.

Detail: Rollenhebel mit Ventilen Bild6 – 32

32Scanned by www.ft-fanpage.de T.Kaiser

Das Schaltbild 7-33, die Funktionszeichnung Bild8-33 und der Schaltungsaufbau nach Bild 9-33zeigen eine weitere Lösungsmöglichkeit unter Ver-wendung eines Doppelbetätigers. Anwendungen fürdiese Schaltungen folgen später.

Bei Verwendung des fischertechnik-Modellkompres-sors muß mit der Betätigung gewartet werden, bissich wieder ausreichend Druck aufgebaut hat.

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Programmsteuerungen

Von Programmsteuerungen spricht man, wenn dieZylinderbewegung in einem bestimmten zeitlichenAblauf erfolgen soll. Die Betätigung der Wegeventilekann dabei über Steuernocken oder Schaltscheibengeschehen, welche je nach dem gewünschten Pro-grammablauf geformt sein müssen. Sie sitzen auf ei-ner von einem Elektromotor gedrehten Welle (Bild 1-34). Für den einfachwirkenden Zylinder ist dann dieSchaltung nach Bild 1-23 maßgebend, wie derVergleich mit Bild 1-34 zeigt. Die Schaltscheibenwerden jeweils paarweise von einer Flachnabe gehal-ten. Durch gegenseitiges Verdrehen der Scheiben ei-nes Paares lassen sich die Schaltzeiten verändern.Ein zugehöriges Modell ist auf Bild 2-34 zu sehen. Derfischertechnik-Motor treibt die Welle mit denSchaltscheiben über ein Stufengetriebe an. Die Mo-tordrehzahl und das Übersetzungsverhältnis des Stu-fengetriebes haben selbstverständlich Einfluß auf denProgrammablauf.

Baustufe

34

Programmsteuerungen

Doppeltwirkende Zylinder steuert man nach Bild3-35 mit 2 Öffnern in Übereinstimmung mit Bild1-31. Hierbei bleibt die Kolbenstange bei geschlos-senen Ventilen beweglich. Soll das vermieden wer-den, so wählt man die Schaltung mit Öffner undSchließer nach Bild 4 – 35, die im übrigen Bild 5 – 32entspricht. Jedes Ventil wird hier von seiner eigenenSchaltscheibe betätigt. Mit nur einer Schaltscheibekommt man aus, wenn man die Ventile wie in Bild5-35 anordnet.

Bei Verwendung des fischertechnik-Modellkompres-sors muß bei der Einstellung des Programms daraufgeachtet werden, daß sich in den Schaltpausengenügend Druck aufbauen kann und die Betätigungder Ventile rasch genug erfolgt.

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MehrstellungszylinderIn manchen automatisierten Bearbeitungsmaschi-nen müssen Werkstücke mehrmals um bestimmte,oftmals untereinander verschiedene Wegstreckenverschoben werden. Das von einem Arbeitszylinderbewegte Werkstück soll also mehrere Stellungenmöglichst exakt einnehmen. Man sollte nun glauben,daß sich dies einfach bewerkstelligen ließe, daß maneinen genügend langen Zylinder vorsieht und die Luftbeim Erreichen einer gewünschten Kolbenstellungeinfach abschaltet. Bei näherem Zusehen ist dieserWeg aber nicht gangbar. Denn schaltet man dieDruckluftzufuhr einfach ab, so befindet sich ja im Zy-linder immer noch Luft, welche sich zu entspannensucht, und dadurch den Kolben weiter in seine Endla-ge schiebt, wenn die dabei zu überwindende Kraftnicht zu groß ist. Auf jeden Fall bleibt der Kolben nichtexakt stehen. Verwendet man 3/2-Wegeventile, sowird der Zylinder entlüftet, und der Kolben, auf dennun von keiner Seite her mehr ein Überdruck wirkt,läuft infolge seines Schwunges mehr oder mindernoch weiter. Auch so ist keine genaue Stellung zu ver-wirklichen. Man muß den Kolben auf jeden Fall bis indie Endlage fahren, wenn er exakt eine vorgeschrie-bene Stellung einhalten soll. Man ordnet deshalbmehrere Zylinder hintereinander an, deren Hübe denjeweils verlangten Wegen entsprechen. Diese Anord-nung nennt man »Mehrstellungzylinder«.

Bild 1-36 zeigt die Konstruktionsprinzipien solcherZylinder. Man ordnet häufig zwei doppeltwirkendeArbeitszylinder an (Bild 1-36). Esergibt sich so ein Die Zylin-der sind als fertige Einheiten erhältlich. Durch Kombi-nation mit weiteren Zylindern sind bis zu 12 Stellun-gen zu verwirklichen. Das Bild 2-36 zeigt das Schalt-zeichen eines Mehrstellungszylinders. Eine andereLösung ist auf Bild 4-37 zu sehen.

Boden gegen BodenVierstellungszylinder.

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Die beiden Zylinder werden jeder für sich wie ein ein-fach- bzw. doppeltwirkender Zylinder gesteuert.

Da unsere Zylinder 16 und 32 mm Hub haben, erge-ben sich folgende Möglichkeiten für einen Vierstel-lungszylinder:

0 = nicht betätigt 1 = betätigt

Bei einfachwirkenden Zylindern wird die Steuerungbesonders übersichtlich. Unser Modell nach Bild 3-36arbeitet mit einem einfach- und einem doppelt-wirkenden Zylinder und der Programmsteuerungnach Bild 1-34 bzw. Bild 3-35.

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Dreh- oder Schwenkzylinder Drehflügeltür

Diese Zylinderbauart zählt zu den Druckluftmotoren mitbegrenztem Drehwinkel von max. 360'. Ihr Schalt-zeichen ist in Bild 1 – 38 gezeichnet. Sie werden zurBetätigung von Absperrventilen für Flüssigkeiten, vonDrehflügeltüren u.ä. benutzt. Unser Modell (Bild2 – 38) zeigt den Antrieb einer Tür mit Hilfe einesDrehzylinders. Zur Steuerung des doppeltwirkendenZylinders dient die Schaltung nach Bild 1-31 oder Bild5-32; im ersten Fall bleibt der Türflügel bei nicht betätig-ten Ventilen beweglich, im zweiten Fall schließt sich dieTür beim Loslassen des Tasters.

Bei Verwendung des fischertechnik-Modellkompres-sors muß zwischen zwei Betätigungen eine Pauseeingelegt werden, damit sich wieder genügend Druckaufbauen kann.

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Baustufe

Zahnstange 60 und

Ritzel Z10 aus Start 200/1

Signalspeicherung

Soll ein Arbeitszylinder während der gesamten Hub-bewegung mit Druckluft versorgt werden, so muß mandie Ventile so lange betätigen, bis der Kolben den Hu bvollständig zurückgelegt hat. In vielen Fällen wäre esaber wünschenswert, nur kurz einen Knopf zu drückenund das Ventil trotzdem geöffnet zu halten, bis derKolben seinen vollen Weg zurückgelegt hat. Manwünscht also, das Signal zum Öffnen des Ventils zuspeichern, so daß es auch nach dem Loslassen desKnopfes noch wirksam ist. Diese Aufgabe wird von ei-nem sogenannten gelöst, daß die Signal-speicherung bewirkt. Drückt man nur kurz den »Ein-Knopf«, so wird das »Ein-Signal« solange aufrechter-halten (»gespeichert«), bis der »Aus-Knopf« gedrücktwird. Anhand von Bild 1-39 stellen wir ein solchesImpulsventil aus einem doppeltwirkenden Zylinder undeinem 3/2-Wegeventil als Öffner zusammen. Bild 2 – 40zeigt den Aufbau des Ventils aus einem Zylin-der-45 und einem Ventil mit blauem Stößel mit Rollen-hebel. Am Ende der Kolbenstange sitzen ein Bau-stein-7,5 und ein gleichschenkliger Winkelstein alsBetätigungsnocken. Bei eingefahrener Kolbenstangedrückt der Nocken über den Rollenhebel auf den Stößelund öffnet dadurch das Ventil. Dieses bleibt in dergeöffneten Stellung, bis die Kolbenstange in dieausgefahrene Stellung gebracht wird, wodurch sichdas Ventil wieder schließt und so lange geschlossenbleibt, wie die Kolbenstange in ausgefahrener Stel-lung verbleibt. Auf diese Art und Weise ergibt sich dieSignalspeicherung. Das Signal EIN und das entgegen-gesetzte Signal AUS werden durch je ein 3/2-Wege-ventil gegeben, welche den Zylinder-nach Art derSchaltung von Bild 1-31 steuern. Die beiden von denVentilen zum Zylinder führenden Leitungen sindSteuerleitungen und daher mit Y und Z bezeichnet. Sieführen die »Steuerluft«. Die eigentliche »Arbeits-

Impulsventil

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luft« wird über das erstgenannte 3/2-Wegeventil unddessen Ausgang A gesteuert.

Hebebühne

Bild 3-40 zeigt als Anwendung die Steuerung einerHebebühne. Der Hubkolben ist ein einfachwirkenderZylinder, da die Rückbewegung durch die Schwer-kraft erfolgen kann. Bei unserem Modell, bei welchemdie Gewichtskräfte im Verhältnis zur Reibung geringsind, ist es ratsam, einen Zylinder mit Federrückstel-lung zu verwenden. Durch einfaches Antippen einesder beiden Rollenhebel fährt der Hubzylinder in seinejeweilige Endlage. Die P-Drossel dient zur Einstellungder Hubgeschwindigkeit.

In der Schaltskizze (Bild 1 – 39) sind übrigens aus-nahmsweise die Kolbenstellungen des Impulsventilsberücksichtigt. Die innerhalb des strichpunktiertenRahmens liegenden Teile bilden das Impulsventil, dasein eigenes Schaltzeichen hat; dieses ist ebenfalls aufBild 1 – 39 dargestellt.

Detail: Ventilsteuerung Bild 3-40

Baustufe


Eine weitere Lösung für ein Impulsventil zeigt Bild4 – 41. Hier werden zwei einfachwirkende Zylinderanstelle des doppeltwirkenden eingesetzt. Verwen-det man hierzu Betätiger, so nimmt das Ventil beson-ders wenig Raum ein. Wir kommen im nächsten Ab-schnitt auf diese Bauweise zurück.

Bei der Steuerung doppeltwirkender Zylinder bestehtzwischen den Schaltungen nach Bild 1 – 31 und Bild5-32 ein wesentlicher Unterschied: Im ersten Fall, beiwelchem bekanntlich die Kolbenstange bei nichtbetätigten Ventilen beweglich bleibt, läuft der Kolben(bei ausreichend langer Betätigung des Ventils) in ei-ne Endlage und verharrt in dieser, bis das andere Ven-til betätigt wird. Eine Signalspeicherung ist hier nichtunbedingt notwendig. Anders bei der Schaltung nachBild 5-32: Dort läuft der Kolben beim Betätigen desVentils in die eine Endlage, beim Loslassen in dieandere. Um den Kolben in jeder Endlage festzuhalten,so daß er auch nach dem Loslassen des Ventils dortverbleibt, empfiehlt sich der Einsatz eines 4/2-Wege-ventils mit Signalspeicherung, also wieder einesImpulsventils, diesmal mit 2 Arbeitsleitungen. Ein sol-ches Ventil ist innerhalb des strichpunktierten Rah-mens von Bild 10-46 zu erkennen, es besteht aus ei-nem doppeltwirkenden Zylinder und je einem 3/2-Wegeventil als Öffner und Schließer, die gemeinsambetätigt werden. Das Schaltzeichen eines solchenVentils ist ebenfalls in Bild 10-46 eingezeichnet. DasVentil besitzt außer den üblichen Anschlüssen P(Druckluft) und R (Entlüftung) noch die Anschlüsse Yund Z für die Steuerleitungen und A und B für dieArbeitsleitungen. Bild 5 – 42 zeigt den Aufbau diesesImpulsventils, das aus demjenigen von Bild 2-40abgeleitet ist. Die Rollenhebel von Öffner undSchließer sind durch eine Achse-30 gekuppelt undwerden gleichzeitig vom Nocken betätigt.

41


Eine zweite Bauart mit zwei Betätigern anstelle desdoppeltwirkenden Zylinders ist in Bild 6 – 42 darge-stellt. Die Wirkungsweise ist aus dem Schaltbild leichtzu ersehen, da die Kolbenstellungen berücksichtigtwurden.

42

Der Aufbau des Impulsventils aus den Teilen desPneumatikkastens und normalen fischertechnik-Tei-len ist aus Bild 7 – 43 zu ersehen.Der Schaltnocken wird aus einem Baustein-15 und ei-nem gleichseitigen Winkelstein gebildet. Er wirddurch die beiden Betätiger hin- und hergeschobenund betätigt dabei je ein Ventil mit blauem bzw. rotemStößel. Der Nocken darf nicht zu leicht gleiten, damiter sich nicht von selbst verstellt; er muß aber von denBetätigern sicher verschoben werden können unddabei die Ventile einwandfrei öffnen und schließen.Die Einstellung erfordert etwas Geduld; dafür kanndas Ventil auf kleinstem Raum untergebracht werden.Der Nocken wird durch einen Winkelstein und 2 Bau-steine-5 am Herausfallen gehindert. Das so aufge-baute Impulsventil nebst den beiden zur Betätigungerforderlichen 3/2-Wegeventilen (Öffner) ist in denkleinen Gabelstapler nach Bild 8-44 eingebaut. Baustufe1 Baustufe 2

Baustufe 3

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Gabelstapler

44

Baustufe

Rückansicht

Bild 9 – 45 zeigt eine Einheit aus Impulsventil und denbeiden Steuerventilen. Diese Steuereinheit kann nunfür sämtliche Modelle mit doppeltwirkenden Zylin-dern verwendet werden, z. B. für die Drehtür. Benutztman nur den Öffner des Impulsventils, so könnenauch einfachwirkende Zylinder gesteuert werden.

Baustufe 1

Baustufe 2

45

Taktsteuerung

Wir sind nun in der Lage, einen Zylinder so zu steuern,daß er hin- und hergehende Bewegungen in einembestimmten Takt ausführt. Dies geschieht ohne äuße-res Zutun und ist eine Anwendung des Impulsventils.Wesentlich ist, daß der Kolben in seinen Endstellun-gen Ventile betätigt, welche die Steuerimpulse für dasImpulsventil liefern. Das Schaltbild der Anlage ist in Bild10-46 dargestellt; Bild 11-47 zeigt den Schal-tungsaufbau unter Verwendung des Impulsventils derBauart nach Bild 5-42. Die Bauart nach Bild 7-43 istaber ebensogut verwendbar.

Wir betrachten nun die Wirkungsweise anhand vonBild 10-46. In der rechten Endstellung des Kolbens desArbeitszylinders 1 wird durch einen Anschlag an derKolbenstange des Ventil II geöffnet. Über dieSteuerleitung Z gelangt Druckluft zum Steuer-Zylin-der 2. Dessen Kolben wird nach links verschoben,wodurch das Ventil III (Öffner) die linke Kolbenseite vonZ, mit der Entlüftung verbindet, während das Ven- til IVdie rechte Kolbenseite des Arbeitszylinders mitDruckluft über die Arbeitsleitung B versorgt. Daherbewegt sich der Arbeitskolben nach links, bis seinKolbenstangenanschlag Ventil I öffnet. Jetzt gelangtüber die Steuerleitung Y Druckluft in den Steuerzylin-der, dieser öffnet Ventil III und schließt Ventil IV, so daßdie linke Arbeitskolbenseite Druckluft enthält, wäh-rend die rechte entlüftet wird. Der Arbeitskolben wan-dert nach rechts, und das Spiel beginnt von neuem. DieZahl der Hübe pro Zeiteinheit (Minute) hängt vomLuftdruck, den Zylinderinhalten, der Reibung an Kol-ben- und Kolbenstangendichtungen sowie einer Rei-he anderer Faktoren ab. Wie Bild 11-47 zeigt, kanndurch Einbau einer P-Drossel die zeitliche Anzahl derHübe (die Hubfrequenz) beeinflußt werden. Darüber

näheres auf Seite 54. Übrigens hat diese Schaltung ei-ne eingebaute Sicherungsfunktion. Kann nämlich ausirgendeinem Grunde die Bewegung des Arbeits- oderdes Steuerkolbens nicht zuende geführt werden, sobleibt die gesamte Anlage stehen. Damit ist sicherge-stellt, daß der Arbeitshub entweder in voller Länge odergar nicht ausgeführt wird. Dies kann am Modell leichterprobt werden.

46

Taktsteuerung

Baustufe

47



Mehr Spielcharakter hat die folgende Schaltung:

Die Wirkungsweise eines elektromagnetischen Sum-mers bzw. einer elektrischen Klingel ist bekannt. Bild12-48 soll daran erinnern. Wenn die Magnetspule denAnker anzieht, unterbricht die Kontaktfeder am Unter-brecherkontakt den Strom, die stromlose Magnet-spule läßt den Anker los, die zurückschnellende Kon-taktfeder schließt den Stromkreis wieder usf., so daßder Anker in schwingende Bewegung gerät. Verbindetman mit dem Anker einen Klöppel, so erhält man zu-sammen mit einer Glockenschale eine Klingel.

Bei unserem pneumatischen Summer kommen zweieinfachwirkende Zylinder mit Feder zur Anwendung.Bild 13-48 zeigt die Schaltung. Der Zylinder1 ist einBetätiger, der Zylinder 2 ein Zylinder-45. Die Funktionläßt sich folgendermaßen beschreiben:

Der Zylinder 1 habe das 3/2-Wegeventil I gerade ge-schlossen, dann ist der Zylinder 2 über die Arbeitslei-tung B entlüftet, und sein Kolben öffnet das 3/2-We-geventil II (Schließer). Jetzt erhält der Zylinder 1Druckluft, der Kolben geht nach links und öffnet VentilI. Dadurch erhält Zylinder 2 Druckluft, sein Kolbengeht nach rechts und schließt Ventil II; somit wirdZylinder1 entlüftet, sein Kolben geht nach rechts undstellt so den Ausgangszustand wieder her. Die Bewe-gung der Kolben ist so rasch, daß sich ein Summtonergibt, dessen Höhe durch eine P-Drossel verändertwerden kann. Die Kolbenbewegung kann auch aufganz geringe Werte herabgeregelt werden. Das Mo-dell ist in Bild 14-49 wiedergegeben.

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Zeitverzögerung

Durch eine besondere Schaltung läßt sich erreichen,daß die Bewegung des Arbeitszylinders nicht sofortnach der Ventilbetätigung, sondern erst mit einigerVerzögerung einsetzt. Dies wird durch ein Verzöge-rungsventil bewirkt. Wie Bild 1-50 zeigt, besteht einsolches Ventil aus einer Kornbination von zwei 3/2-Wegeventilen, einem einfach wirkenden Zylinder, ei-nem Drosselventil und einem Speicher. Diese Ele-mente sind im Schaltbild wieder von einer strichpunk-tierten Linie umgeben. Bild 2-51 gibt die Funktionwieder. Der Betätiger1 wird über das Ventil I direkt mitungedrosselter Luft versorgt. Er ist also der zusteuernde Arbeitszylinder. Das Ventil I wird seiner-seits durch den Betätiger 2 gesteuert, der vom Ventil IImit gedrosselter Luft gespeist wird. Dreht man dieStellschraube der P-Drossel fast ganz ein, so dauert eseine gewisse, deutlich meßbare Zeit, bis die Luft denVerbindungsschlauch zwischen II und 2 sowie dasVolumen des Zylinders 2 ausgefüllt und den Druckaufgebaut hat. Man nennt dieses aufzufüllendeVolumen »Speichervolumen« und stellt es im Schalt-bild getrennt von den Geräten und Leitungen durch einbesonderes Zeichen dar. Erst wenn der Druck imBetätiger 2 die notwendige Höhe erreicht hat, wirdVentil I betätigt und der Zylinder 1 mit Druckluft ver-sorgt. Die Bewegung des Betätigers1 erfolgt also ver-zögert – und zwar um so später, je größer das Spei-chervolumen ist. Man kann dieses vergrößern, indemman anstelle des Betätigers 2 den Zylinder-45 mit Fe-der benutzt, der einen größeren Rauminhalt hat. Bild 4-52 zeigt den Schaltungsaufbau. Die Verzöge-rungszeit hängt außer vom Zylindervolumen noch vonder Stellung der P-Drossel und dem Abstand zwi-schen Zylinder 2 und dem Ventil I ab. Bei Schaltungennach Bild 1 – 50 wird nur der Hingang des Arbeitszy-

Speicher

Drosselventil

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linders verzögert. Der Rückgang setzt sofort ein, weildie Entlüftung des Zylinders 2 über die Steuerleitung Zungedrosselt erfolgt. Der Zylinder läuft also sofort nachdem Loslassen von Ventil II zurück. Baut man da-

gegen wie in Bild 3-51 die P-Drossel zwischen VentilII und Zylinder 2 ein, so werden Hin- und Rückgangdes Zylinders 1 verzögert, weil jetzt auch die Entlüf-tung des Zylinders 2 gedrosselt wird.

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Zeitverzögerung In der Praxis soll häufig der Einschaltvorgang soforterfolgen, aber die Abschaltung verzögert werden.Hierfür ist die Schaltung einer Treppenhausbeleuch-tung ein gutes Beispiel. Wir können dies erreichen,wenn wir für das Ventil II einen Schließer benutzen undden Zylinder 1 einen elektrischen Taster betäti- genlassen. Dieser Taster muß, wenn er gedrückt wird, denelektrischem Stromkreis unterbrechen. Die Wir-kungsweise der Schaltung ist aus Bild 5 – 53 zu erken-nen:

Im Normalzustand steht der Zylinder 2 (Steuerzylin-der) unter Druck und gibt über das Ventil I Druckluft aufden Arbeitszylinder 1. Dieser betätigt den Taster undschaltet dadurch den Strom ab. Die Beleuchtung istalso ausgeschaltet. Betätigt man nun Ventil II, so wirdder Steuerzylinder 2 mit der Entlüftung verbundenund entlüftet seinerseits über Ventil I den Arbeits-zylinder 1. Der Kolben dieses Zylinders läuft durch Fe-derkraft zurück, gibt den Taster über die Kolbenstan-ge frei und schaltet so die Beleuchtung ein. Läßt mannun den Betätigungsknopf von Ventil II los, so baut sichder Druck im Steuerzylinder über P-Drossel undSpeichervolumen allmählich auf. Erst nach einer ge-wissen Zeit ist dieser Druck soweit angestiegen, daßder Steuerzylinder das Ventil I betätigt und damit Zy-linder 1 mit Druckluft versorgt wird. Dieser schaltet überden Taster die Beleuchtung wieder ab.

Das Schaltungsmodell, das einige Teile aus dem Elek-tromechanikkasten benötigt, ist in Bild 6-53 darge-stellt. Diese Elektromechanikteile sind auch in Formvon Zusatzpackungen erhältlich.

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Zeitverzögerung

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Geschwindigkeitssteuerung

Die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung hängt vonder zeitlich in den Zylinder einströmenden Druckluft-menge ab. Diese kann durch ein Drosselventil stufen-los verändert werden. Dieses soll möglichst nahe amZylinder angeordnet werden. Dabei kann entwederdie Zuluft oder die Abluft gedrosselt werden.

Wie Bild 1-54 zeigt, ist beim einfachwirkenden Zy-linder die Luft nur auf einer Kolbenseite drosselbar.Bei der Schaltung nach Bild 1-54 ergibt sich einlangsamer Vorlauf, aber ein normal schneller Rück-lauf, da ja die Abluft nicht gedrosselt wird. Dagegenwerden in der Schaltung nach Bild 2-54 Zu- und

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Abluft gedrosselt, so daß Hin- und Rückgang mit ver-minderter Geschwindigkeit erfolgen. Bild 3 – 54 zeigtdie zugehörigen Modelle, welche die unterschiedli- cheWirkung des Einbauortes der P-Drossel erkennenlassen. Beim Modell der Hebebühne (Bild 3-40) hat-ten wir bereits eine Schaltung nach Bild 2-54 vorge-sehen.Bei doppeltwirkenden Zylindern ist auf beiden Seitendes Kolbens Drosselung möglich. Zu- und Abluft be-finden sich jeweils auf verschiedenen Kolbenseiten, d.h., wenn eine Kolbenseite Zuluft erhält, wird auf deranderen Abluft weggeführt; man kann entweder Zu-oder Abluftdrosselung vorsehen. Dabei ist die Abluft-drosselung vorzuziehen, weil dann der Kolben immervon beiden Seiten unter Druck steht und dadurch

gleichmäßiger bewegt wird. Bei kleineren Zylindern führtman auch Zu- und Abluftdrosselung gleichzeitig durch.Bereits bei unserem Modell der Tür mit Drehzylinderbetätigung haben wir eine P-Drossel vorgesehen. Beidem dort benutzten doppeltwirkenden Zylinder ergibt sichbeim Hingang Zuluftdrosselung, beim RückgangAbluftdrosselung. Der Schaltungsaufwand ist dadurchsehr gering.Mit Hilfe der P-Drossel ist es auch möglich, die Fre- quenzdes Taktzylinders und des pneumatischen Summers zuverändern. Beim Taktzyiinder kann das Drosselventilentweder in eine Arbeits- oder in eine Steuerleitunggelegt werden. Der Leser möge selbst erproben, welcheAnordnung die beste Wirkung ergibt.

Luftschranke

Die allgemein bekannte hat in der Pneu-matik eine Entsprechung, die Sie be-steht aus zwei Düsen, welche genau zueinander zen-triert angeordnet werden, nämlich der Sender- und derEmpfängerdüse. Ihre Schaltzeichen zeigt Bild 1 – 55.

Lichtschranke

Luftschranke.

Senderdüse Empfängerdüse

Der aus der Senderdüse austretende Luftstrahl wirdvon der Empfängerdüse aufgenommen, solange sichkein Gegenstand zwischen den Düsen befindet.Durch einen Körper zwischen den Düsen wird derLuftstrom unterbrochen; die Luftschranke wirkt alsowie ein Ventil. Allerdings ist auch bei nicht unterbro-chenem Luftstrom durch Wirbelbildung ein Druckab-fall vorhanden, so daß die von der Luftschranke ge-steuerte Druckluft nicht unmittelbar als Arbeitsluftverwendet werden kann. Sie steuert vielmehr ein We-geventil, das seinerseits den Arbeitszylinder mitDruckluft versorgt. Bei unserem Modell (Bild 2-55)wird die Luftschranke zur Steuerung eines Pendelan-triebs eingesetzt. Sie steuert ein 3/2-Wegeventil alsSchließer. Hierzu gehört die Schaltung nach Bild3 – 56.

Baustufe

Das Pendel besitzt an der nach oben verlängertenPendelstange eine Fahne, welche bei maximalemPendelausschlag zwischen die Düsen tritt. Solangesich die Fahne nicht zwischen den Düsen befindet,wird über die Druckluft das 3/2-Wegeventil vom Betä-tiger 1 geschlossengehalten. Damit bleibt der Betäti-

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Luftschranke

ger 2 drucklos. Tritt jetzt die Fahne zwischen die Dü-sen, erhält der Betätiger 1 keine Luft mehr, das Ventilöffnet und gibt die Druckluft auf den Betätiger 2. Die-ser erteilt der Pendelstange einen Stoß, der das Wei-terschwingen des Pendels sicherstellt. Nach demAustreten der Fahne aus dem Luftstrahl der Sender-

Rückansicht

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düse erhält der Betätiger 1 Druckluft und schließt überdas Ventil die Luftzufuhr zum Betätiger 2 ab. Das Mo-dell verlangt etwas Sorgfalt bei der Einstellung. DieSchwingungsdauer läßt sich durch Änderung derPendellänge oder der Pendelmasse verändern, nichtaber durch Maßnahmen im pneumatischen Teil!

Die Kombination von Betätiger l und 3/2-Wegeventilwirkt wie ein Verstärker für die Steuerluft und ent-spricht damit einem Relais oder einem Transistor inder Elektrotechnik.

Druckluftmotoren

Druckluftmotoren werden in verschiedenen Bauartenangetroffen. Von diesen werden hier nur diejenigenbesprochen, welche mit den Bauteilen des Pneuma-tikkastens hergestellt werden können.

Die haben wir schon kennengelernt.Eine weitere Bauart ist der Ei-ne leicht verständliche Bauart ist dermit 4 Zylindern, den Bild 1 – 57, allerdings unter Weg-lassung des Steuermechanismus, zeigt. Die Motor-modelle sind im wesentlichen von der Dampfmaschi-ne abgeleitet und besitzen entweder feste oder be-wegliche, einfach- oder doppeltwirkende Zylinder.

Druckluftturbine

Druckluft-Kolbenmotor.

Kulissenmotor

Bei den wird die Expansion, d. h. dieAusdehnung der unter Druck stehenden Luft ausge-nutzt, wie wir sie bei unserem ersten Versuch (s. Seite9) kennengeiernt haben.

Kolbenmotoren

Nach dem Einströmen der Luft in den Zylinderschließt das Einlaßventil, und die eingeschlosseneLuft dehnt sich aus, wobei sie den Kolben unterArbeitsverrichtung vor sich herschiebt. Die Hin- undHerbewegung des Kolbens wird durch einen Kurbel-trieb (Geradschub-Kurbelgetriebe, s. Literatur Seite74 [3]) in eine Drehbewegung umgewandelt, welchetechnisch vorteilhafter ist.

Da die Luft bei der Ausdehung aber stark abkühlt undauch stets Feuchtigkeit enthält, könnte an den Gerä-ten Vereisung auftreten und zu Betriebsstörungenführen. Daher läßt man die Luft nur auf einem kleinenTeil des Hubes expandieren und schließt das Einlaß-ventil erst, wenn der Kolben bereits 70 – 80 seinesWeges zurückgelegt hat.

%

Die Drehzahlregelung der Motoren geschieht durchDrosselung der Zuluft. Das Drehmoment der Motorenist druckabhängig und läßt sich durch den Zuluftdrucksteuern. Die Schaltzeichen für Druckluftmotoren miteiner bzw. zwei Drehrichtungen sind im Bild 3-57 zusehen. Die letzteren werden wie doppelwirkende Zy-linder gesteuert.

Druckluftmotor für Drehrichtungeine Das Schaltbild eines Druckluftmotors mit einer Dreh-richtung zeigt Bild 2-57.

Wir kommen nun zur Besprechung unserer Modelle.

Druckluftmotor für Drehrichtungenzwei

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Stehender Druckluftmotor mit beweglichem,einfachwirkendem Zylinder

Dies ist die einfachste Bauart eines Druckluftmotors,die mit unserem Baukasten herstellbar ist. Der be-wegliche Zylinder macht auch den mechanischenAufbau völlig problemlos. Die Schaltung ist nichtsanderes als die Programmsteuerung eines einfach-wirkenden Zylinders, wie wir sie von Bild 1-34 herkennen. Der Unterschied liegt nur darin, daß dieNockenscheibe direkt von der Kurbelwelle angetrie-ben wird. In Bild 4-7-58 ist die Arbeitsweise darge-stellt. In der obersten Kolbenstellung, auch oberer

58

Totpunkt

unte-rer Totpunkt

(O.T.) genannt, muß die Schaltscheibe das3/2-Wegeventil gerade zu öffnen beginnen (Bild 4 –58). In Bild 5 – 58 ist zu sehen, wie die einströmen- deLuft den Kolben nach unten drückt, wobei der ge-samte Zylinder seitlich ausschwenkt (beweglicherZylinder). Die Druckluft verrichtet jetzt Arbeit. Ist der

Kolben in seiner untersten Stellung angelangtU.T.), so muß das Ventil gerade schließen

und beginnen, den Zylinder zu entlüften (Bild 6-58). InBild 7-58 ist zu sehen, wie die Feder den Kolben

(

wieder in die obere Totpunktstellung bringt. Die Ma-schine arbeitet mit »Volldruck«; d. h., das Einlaßventilist während des gesamten Hubes geöffnet, eine Ex-pansion eingeschlossener Luft findet demnach nichtstatt. Wie man sich leicht überlegen und am Modell(Bild 9-58) auch ausprobieren kann, läuft der Motor nurin einer Drehrichtung. Die Drehzahl kann mit derP-Drossel gesteuert werden.

Druckluftmotor

Treibt man den Motor durch einen fischertechnik-Motor an, so arbeitet der Motor als Kompressor, kannalso selbst Druckluft erzeugen. Dabei muß der Kom-pressor mit der entgegengesetzten Drehrichtung be-trieben werden, wie sie der Druckluftmotor hatte.Wenn der Kolben im U.T. steht, öffnet gerade das Ven-til, und der Kolben schiebt die Luft aus dem Zylinder.Die Entlüftung des Ventils ist dabei geschlossen. ImO.T. schließt das Ventil und verbindet den Zylinderwieder mit der Außenluft, die beim Abwärtsgehen desKolbens angesaugt wird.

Beim Bau den Modells ist darauf zu achten, daß dieSchaltscheiben das Ventil über den Rollenhebel voll-ständig betätigen, also den Stößel ganz eindrücken.Die Verbindungsleitung zum Zylinder darf dessenleichte Beweglichkeit nicht behindern. Das Schaltzei-chen für eine bewegliche Leitung ist Bild 8-59 zuentnehmen.

Wer mehr Bauteile zur Verfügung hat, kann einenumsteuerbaren Motor bauen, welcher in beiden Dreh-richtungen läuft. Dazu ist lediglich ein um 180° ver-setzter »Rückwärtsnocken« (Schaltscheibe) notwen-dig. Dieser wird durch Verschieben des Ventils par-allel zur Kurbelwelle eingeschaltet.

In der Regel läuft ein solcher Motor nicht von selbst anund muß angeworfen werden.

bewegliche LeitungBaustufe

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Stehender Druckluffmotor mit beweglichem,doppeltwirkendem Zylinder

Die Bilder10-60 bis13-61 zeigen die Wirkungsweiseanhand des Schaltbildes des Motors, Bild 14-61 daszugehörige Modell. Hier haben wir keine Rollenhebelvorgesehen, sondern lassen die Schaltscheiben di-rekt auf die Stößel der Wegventile arbeiten. Der Ver-wendung von Rollenhebeln steht natürlich außer demgrößeren Raumbedarf nichts im Wege.

60

Hinsichtlich Drehzahlsteuerung, Drehrichtungsände-rung und Verwendung als Kompressor gilt das für denMotor mit einfachwirkendem Zylinder Gesagte. Vor-teil des doppeltwirkenden Motors ist die gleichmäßi-gere Kraftabgabe. Der Luftverbrauch beträgt gegen-über dem einfachwirkenden Motor rund das Doppel-te; dafür liefert die Maschine im Kompressorbetriebrund die doppelte Luftmenge.

Übrigens wird dem aufmerksamen Beobachter auf-fallen, daß die im Bild 10-60 dargestellte Schaltung derProgrammsteuerung eines doppeltwirkenden Zy-linders nach Bild 3 – 35 entspricht, bei welcher dieSchaltscheiben direkt auf der Kurbelwelle sitzen.

Druckluftmotor

Rückansicht

Druckluftmotor mit Balancier

Der folgende Druckluftmotor (Bild15-62) ist in Anleh-nung an die bekannte Wattsche Dampfmaschine kon-struiert. Er besitzt einen feststehenden, doppeltwir-kenden Zylinder, dessen Kolbenbewegung über ei-nen zweiarmigen Hebel, das »Balancier«, auf die Kur-belwelle übertragen wird. Die pneumatische Schal-tung entspricht derjenigen des stehenden, doppelt-wirkenden Motors. Es handelt sich also um eine Pro-grammsteuerung eines doppeltwirkenden Zylinders,wobei die Schaltscheiben der Programmsteuerungauf der Kurbelwelle sitzen. D ieses sehr gut funktionie-rende Modell ist für Besitzer von etwas mehr Bau-kastenmaterial gedacht, da der Bausteinbedarf überden Inhalt des Kastens Start-100 hinausgeht. Die bei-den Ventile werden wieder über Rollenhebel betätigt.

Detail: VentilsteuerungBild 15-62

Baustufe

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Liegender Luftmotor mit festem,doppeltwirkendem Zylinder

Diese Maschine (Bild 16-63) ähnelt in ihrem Aufbaueiner Dampf- oder Großgasmaschine. Da der Zylinderfeststehend ist, erfolgt die Kraftübertragung auf dieKurbelwelle durch eine Pleuelstange (vergleiche Lite-ratur Seite 74 [3]). Auch diese Maschine übersteigt inihrem Materialbedarf etwas den Inhalt des KastensStart-100. Sie ist so leistungsfähig, daß sie einenfischertechnik-Motor als Generator antreiben und da-bei eine Spannung von etwa 2 Volt erzeugen kann.Schließt man den fischertechnik-Elektromotor an ei-ne Stromquelle an, so arbeitet die Maschine als Kom-pressor, falls die Drehrichtung stimmt!

Baustufe

RückansichtDetail: Ventilsteuerung

63

Als Anregung für die Besitzer von mehr Baumaterialsind auf den Bildern17 – 64 und18-65 noch ein selbst-anlaufender in V-Formund ein vorgeführt. Letzte-rer besteht aus 2 Einzylindermotoren, die über dieDrehscheiben gekuppelt sind. Die Steuerung nachdem Prinzip von Bild 8-33 ist für beide Motoren ge-meinsam. Der Antrieb erfolgt über das Zahnrad-40/32und ist ins Schnelle übersetzt. Beim Bau ist darauf zuachten, daß die Kurbelzapfen der beiden Einzelmoto-ren um 90° gegeneinander versetzt sind.

Zweizylinder-DruckluftmotorZweizylinder-Reihenmotor

Für alle Modelle gilt, daß sie leicht laufend aufgebautwerden müssen, damit durch Reibung kein unnötigerKraftverlust entsteht. Die höchste Drehzahl erreichendie Motoren ohne vorgeschaltete P-Drossel, da diesebereits bei voller Öffnung eine gewisse Drosselwir-kung hat.

Baustufe

64

Rückansicht(Schwungrad abgenommen)

Baustufe

65

Pneumatischer Bagger(Titelbild)

66

Baustufe 2

Baustufe 1

Baustufe 3

Den Schaltplan dazu zeigtdie Rückseite dieserBauanleitung.

Elektropneumatische Steuerungen

Die Betätigung einer Schranke, beispielsweise aneinem Werkstor, kann auf pneumatischem Wegegeschehen. Sie soll zumeist vom Pförtnerhaus auserfolgen, d. h. ferngesteuert. Durch eine Steuerungnach Bild 2-54 mit einem entsprechenden Wegeven-til im Pförtnerhaus ließe sich diese Forderung ver-wirklichen. Allerdings müßte dann eine, u. U. rechtlange Druckluftleitung zwischen Pförtnerhaus undSchranke verlegt werden, was umständlich, teuer undwegen eventuell auftretender Undichtigkeiten auchwenig wartungsfreundlich wäre. ElektrischeLeitungen hingegen lassen sich bequem verlegen,sind wenig störanfällig und besonders bei größerenEntfernungen wesentlich billiger als Druckluftlei-tungen.Aus diesen Gründen verwendet man in solchen undähnlichen Fällen gerne Steuerungs-systeme, d. h, elektropneumatische Steue-rungen. Dabei wird die undelektrisch vorgenommen, d. h. die Steuerbefehle desPförtners werden durch einen elektrischen Taster ge-geben und durch elektrische Leitungen weitergelei-tet; die eigentliche erfolgt jedoch

über einen Arbeitszylinder. Die Verbin-dung zwischen dem sogen. Informationsteil und demEnerg ie te i l de r An lage s te l l t e in e lek -trisch betätigtes Ventil her. Es wird in der Regel miteinem Elektromagneten ausgestattet und kurzM a g n et v e n t i I genannt. Das Ventil selbst ist einWegeventil in der auf Seite 20 beschriebenen Art; derElektromagnet wird mit Gleich- oder Wechselstrom,

kombinierte

Signalgabe -verarbeitung

Arbeitsleistungpneumatisch

68

meist an 12- oder 24-Volt-Spannung betrieben. DasSchaltzeichen eines Magnetventils (Bild 1-68) unter-scheidet sich nur auf der Betätigungsseite von denSchaltzeichen anderer Wegeventile (s. auch Seite 75).

Der Vorteil elektropneumatischer Steuerungen liegtneben der Schnelligkeit und der leichten Verknüp-fungsmöglichkeiten im Signalfluß in der Möglichkeit,große Entfernungen problemlos zu überbrücken. Infeuer- oder explosionsgefährdeten Räumen undAnlagen wird man allerdings die pneumatischen

Steuerungen, bei denen keine Funkenbildung zu erwarten ist, vorziehen.

-

Das fischertechnik-Magnetventil

Besitzer des Ergänzungskastens Elektromechanikkönnen ein Magnetventil bauen, das im Bild 4-69dargestellt ist. Beim Bau ist darauf zu achten, daß dieBauplatte15 x 45 leichtgängig zwischen den Baustei-nen 5 und dem Ventil geführt ist. Damit die Rück-schlußplatte nach dem Abschalten des Stromes nichtam Magneten hängenbleibt (durch den sogen.

d. h. zurückbleibenden Magnetismus),klebt man ein Klebeetikett auf dieselbe. WeitereKlebeetiketten (2-5 Stück) klebt man auf den Bau-stein 7,5. Ihre Anzahl ist so zu bemessen, daß beiangezogener Rückschlußplatte das Ventil voll be-tätigt ist, daß es aber andererseits nach Abschaltendes Stromes wieder in seine Ruhestellung findet.

,remanenten

Das Ventil kann je nach Verwendungszweck des Ven-tils ein (blau) oder ein (rot) sein. DieVentilbetätigung kann elektrisch über oder

erfolgen, wie es der Einsatz erfordert.

Öffner SchließerTaster

Schalter

fischertechnik-Magnetventil NEU(nicht Baukasteninhalt)

Einzelteile:1 x Elektromagnet 6V1 x Ankerblech1 x Ankerlagestein1 x Zugfeder2 x Führungsplatte1 x Ventil geschlossenoder 1 x Ventil offen

32 36332 25332 32032 35432 45536 08236 083

Klebeetiketten

69


Elektropneumatisch betätigte Schranke

Die eingangs erwähnte Schrankensteuerung ist beidem Modell nach Bild 5 – 71 verwirklicht. Das zugehö-rige Schaltbild zeigt Bild 6-71.

Das Drosselventil ist gemäß der Schaltung von Bild 2-54 angeordnet, wirkt also bei Hin- und Rückgang desKolbens. Das Eigengewicht des Schranken- baumesist durch Bausteine als Gegengewichte nahezuausgeglichen, so daß der Arbeitszylinder nur einegeringe Kraft aufzubringen hat. In der in Bild 5-71gezeigten Anordnung schließt der Zylinder beiBetätigung die Schranke. Verdreht man die Seiltrom-mel auf der Kurbelwelle, so kann man erreichen, daßder Arbeitszylinder die Schranke öffnet. Dieser Sach-verhalt läßt sich leicht ausprobieren. Man wird dieEinstellung so wählen, daß der Arbeitszylinder dieSchranke jeweils aus der Ruhelage bringt, d. h. beieiner Bahnschranke den Schlagbaum senkt, bei einerTorschranke diesen jedoch hebt. Im jeweiligen Ruhe-zustand ist dann der Arbeitszylinder drucklos und dasMagnetventil stromlos. Ob man Taster oder Schalterfür die Schaltung des Elektromagneten verwendet,hängt von der Betätigungsdauer ab.Bei Anwendung der Schaltung nach Bild 6-71 kann dasModell einwandfrei mit dem fischertechnikModellkompressor betrieben werden, zumal wennzwischen den einzelnen Betätigungen erforder-lichenfalls kurze Pausen eingeschoben werden. DasDrosselventil vermeidet schlagartiges Auf- und Zu-klappen der Schranke und ermöglicht eine wirklich-keitsgetreue, langsame Bewegung. Bei Verwendungdes Modellkompressors speist man das Magnetventilvorteilhaft aus dem Seitenausgang des Netzgerätesmot 4. Bei älteren Ausführungen desselben führt die-ser Ausgang Wechselspannung, was sich durchBrummen des Elektromagneten bemerkbar macht,sonst aber ohne Bedeutung ist.

70

Schranke

71

Elektropneumatisch betätigte Schiebetür

Bei dem Schiebetürmodell nach Bild 8-73 haben wirdie aus Bild 7-33 bekannte Steuerung für doppeltwir-kende Zylinder angewandt. Wegen des erforder-lichen Öffnungsweges für die Tür, welcher mit einemeinzelnen Zylinder nicht zu verwirklichen ist, haben wirzwei Zylinder an-geordnet, jedoch im Hinblick auf die

bewegungsmäßig hintereinanderLuftversorgung

parallelgeschaltet.

Bekanntlich kann nach Bild 5 – 32 die Kombination vonÖffner und Schließer bei gleichzeitiger Betäti- gungein 4/2-Wegeventil ersetzen. Diese Betätigung erfolgtin Anlehnung an Bild 7 – 33 pneumatisch, so daß sichdas Schaltschema nach Bild 2-68 ergibt. Weitervereinfacht ist Bild 3-68. Es stellt ein elektro-magnetisch betätigtes 4/2-Wegeventil dar und er-setzt die im Gesamtschaltbild (Bild 7-72) durch einestrichpunktierte Linie eingerahmte Anordnung. Damitdie Tür nicht zu heftig zuschlägt, ist es ratsam, für dieSchließbewegung eine Drosselung vorzusehen. DieÖffnungsbewegung erfolgt wegen der Luftverluste ander Kolbenstangendurchführung weniger kraftvolt undbedarf keiner Dämpfung.

Will man die Tür dauernd geschlossen halten und nurim Bedarfsfall öffnen, so ist in das Magnetventil einSchließer einzusetzen. Der Betätiger steht danndauernd unter Druck und schließt über den Öffner diebeiden Zylinder mit den von der Kolbenstangendich-tung abgewandten Seite an die Druckleitung.

Es treten hier kaum Luftverluste auf. Wollte man dieTür dauernd geöffnet halten und nur z. B. im Gefah-renfall schließen, müßte man den kolbenstangensei-tigen Zylinderraum dauernd unter Druck halten, sodaß die Druckluftquelle von Zeit zu Zeit die Luftver-luste ergänzen müßte. Es sei dem Leser überlassen,

72

andere und evtl. bessere Schaltungsvarianten auszu-knobeln.

Zum Betrieb dieser Schiebetür reicht der fischertech-nik-M o d e I I k o m p r e s s o r nicht aus.

Schiebetür

73


Literatur Lösung von Seite 25

[1] Pneumatische SteuerungenKamprath-Reihe kurz und bündig Vogel-Verlag,Würzburg

W. Deppert I K. Stoll,

[2] Pneumatik in der Anwen-dung Kamprath-Reihe kurz und bündig Vogel-Verlag,Würzburg

W. Deppert I K. Stoll,

[3] fischer-Elemente der Technik Heft1 Fischer-Werke Artur Fischer GmbH & Co. KG 7244Tumlingen/Waldachtal 3

[4) Technische WärmelehreKamprath-Reihe kurz und bündig Vogel-Verlag, Würzburg

F. Dietzel,

[5] Kraftmaschinen,Pumpen, Verdichter Verlag Handwerk und TechnikGmbH, Hamburg

Baucke-Herwig-Kreymann,

74

Zusammenstellung der in diesem Heft verwendeten Schaltzeichen(Grafische Symbole nach DIN ISO 1219 vom August 1978)

Druckluftquelle

Arbeitsleitung

3/2-Wegeventilnormalgeschlossen

elektrische Leitung

Steuerleitung Umgrenzungeiner Baugruppe

3/2-Wegeventilnormal geöffnet

bewegliche Leitung 4/2-Wegeventil

Leitungsverbindung Rückstellfeder

Wechselventil

Drosselventil, verstellbar

Einfachwirkender Zylinder

Einfachwirkender Zylinder,Rückhub durch Feder (auchMembranzylinder)

Doppeltwirkender Zylinder

LeitungskreuzungVentilbetätigung durch Taster

Ventilbetätigung durch TastrolleVentilbetätigung durch Rollenhebel

Druckluftmotor

a. für 1 Drehrichtung b.für 2 Drehrichtungen

Druckspeicher

Ventilbetätigung durch KnopfVentilbetätigung von Hand

Senderdüse

Dreh- oder Schwenkzylinder

Ventilbetätigung durch Druckluft

EmpfängerdüseVentilbetätigung durchElektromagnet (Magnetventil)

Kompressor

75


ModellkompressorBauanleitung

76

Scanned by www.ft-fanpage.de T.Kaiser78

20cm

10 cm

10cm

Schaltplan Circuitdiagram Plan demontage

Anschluj3 an fischertechnik-Trafo, Best.-Nr. 30173

79

Stückliste Pneumatik+

80

Schaltplan für den Pneumatik-Bagger(Titelbild)Baustufen dazu auf Seite 66

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