Druckverstärker gibt Pneumatikantrieben Power

Statt eines zusätzlichen Ventils ist ein pneumatischer Kraftzylinder mit einem Druckverstärker ausgestattet, der die Kraft von Linearantrieben um das Sechsfache bei gleichem Luftverbrauch erhöht....

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Statt eines zusätzlichen Ventils ist ein pneumatischer Kraftzylinder mit einem Druckverstärker ausgestattet, der die Kraft von Linearantrieben um das Sechsfache bei gleichem Luftverbrauch erhöht. Bezüglich des Aufbaus und der Ansteuerung gibt es kaum Unterschiede zu herkömmlichen doppeltwirkenden Pneumatikzylindern.Die Vorteile pneumatischer Antriebe leigen im einfachen Aufbau, in der hohen Zuverlässigkeit und der kostengünstigen Ferigung. Als "Kraftprozte" - wie Hydraulikantriebe - wurden sie bisher allerdings noch kaum bezeichnet. Nun hat das Engineering-Unternehmen Kontec, Münchingen bei Stuttgart, den Kraftzylinder Powertec für den Pressen- und Anlagenbau entwickelt. Er kann eine sechsfach höhere Kraft im Vergleich zu baugleichen Pneumatikzylindern bei gleich hohem Luftverbrauch erzeugen. Bei gleicher Kolbenkraft ist laut Herseller der Luftverbrauch um 70% reduziert. Grund für diese Steigerung ist ein integrierter pneumohydraulischer Druckübersetzer, der je nach Anwendung kraft- oder wegabhängig einen Hub erzeugt. Ansonsten unterscheidet sich der Kraftzylinder kaum von herkömmlichen Bauarten. Ganz im Gegenteil. Aufgebaut ist er wie ein doppelt wirkender Pneumatikzylinder. Auch bezüglich der Ansteuerung gibt es keine Unterschiede. Der Kraftzylinder kann direkt vom Druckluftnetz über ein Ventil angesteuert werden. Er ist nur unwesentlich schwerer als ein handelsüblicher Linearantrieb.Große Stanzkraft trotz hoher TaktzahlDer Leistungsanstieg lässt sich laut Hersteller am besten anhand der kleinsten Zylinderausführung verdeutlichen: als Antrieb für eine Schnelltaktstanze mit einem 2 kg schweren Werkzeug. Der Zylinder erzeugt eine Stanzkraft von 18 kN bei 8 bar Primärdruck. Dabei wird das Werkzeug 30 mm im Schnellhub und 3 mm im Krafthub verfahren - und das bei 240 Takten in der Minute. Hubzahl und Hublänge werden durch die Auswahl des Pneumatikventils und der Rohrleitungsinstallation beeinflusst. Anwendungsschwerpunkte des Zylinders als kraftgesteuerte Ausführung sind beispielsweise Maschinen zum Stanzen, Pressen, Prägen, Nieten und Punktschweißen. Hohe Dynamik und das Erzeugen großer Kräfte sind kennzeichnend für diese Maschinen. Beim Aufbau einer bestimmten Gegenkraft wechselt der Antrieb automatisch von Schnellhub auf Krafthub an beliebiger Stelle. Bei der weggesteuerten Ausführung findet dagegen der automatische Wechsel von Schnell- auf Krafthub bei Erreichen einer fixen, frei wählbaren Wegposition und bei Aufbau einer bestimmten minimalen Gegenkraft statt. Diese Antriebsvariante eignet sich damit für Anwendungen, bei denen eine exakt reproduzierbare, positionsabhängige Generierung des Krafthubs erforderlich ist: zum Beispiel bei Form- und Siegelstationen von Thermoformmaschinen oder zum Schließen der Form auf Spritzgießmaschinen.Für den Wechsel von Schnell- auf Krafthub wird kein zusätzliches Ventil wie bei konventionellen Kraftzylindern benötigt. Somit entfallen die von einem Ventil benötigten Umschaltzeiten (bis zu 0,2 s) und das typisch laute Entlüftungsgeräusch. Beim Zylinder mit integrierten pneumohydraulischem Druckübersetzer schiebt sich in der Zustellbewegung intern eine Hochdruckhülse über ein Dichtungs- und Führungssystem des Arbeitskolbens. Dadurch wird eine Hochdruckkammer geschlossen, um den Krafthub einzuleiten. Dieser Vorgang dauert etwa 0,05 s. Die Hochdruckhülse ist mit einer Oberflächenqualität von Rz 0,6 gefertigt.Ein weiterer Vorteil ist das schonende Aufsetzen des Werkzeugs auf das Werkstück. Aufgrund des frei geführten Arbeitskolbens, an dem das Werkzeug ,,hängt", ist nur die Fläche der Kolbenstange wirksam. Bei einem Kolbenstangendurchmesser von 20 mm und einem Nenndruck von 6 bar beträgt die Aufsetzkraft 190 N. Das heißt: Der Wechsel vom Schnell- auf Krafthub erfolgt bei einer Gegenkraft von 190 N. Der Arbeitskolben schiebt sich bei dieser Kraft hydraulisch gedämpft und ruckfrei in die Hochdruckhülse.Der Wechsel von Schnell- auf Krafthub ist unmerklich. Jedoch ist eine Steigerung der Fertigungsqualität bemerkbar, zum Beispiel beim Durchstanzen eines Bleches. Üblicherweise schlägt ein Pneumatikzylinder mit voller Kraft - wie bei einem Hammerschlag - auf das Werkstück auf, das quasi vom Werkzeug ,,durchschossen" wird. Im Gegensatz dazu ist laut Hersteller beim Zylinder mit integriertem Druckverstärker der Kraftaufbau eher mit einem Schieben zu vergleichen: Sanft, mit geringer Kraft setze das Werkzeug auf das Werkstück auf. Erst danach werde die volle Kraft aufgebaut, heißt es.Umschaltung auf Krafthub bei definierter GegenkraftDer Zylinder hat die Kraftkennlinie eines Kniehebelsystems, wie Untersuchungen auf einem Prüfstand ergaben (Bilder 1 und 2). Innerhalb des Arbeitsbereichs ist es nicht erforderlich, das zu bearbeitende Werkstück punktgenau in der Höhe zu positionieren. Das Bearbeiten von Werkstücken mit sehr unterschiedlichen Höhen ist auf einfache Weise möglich, weil die Umstellung auf Krafthub erst bei auftretender Gegenkraft einsetzt - und das an jeder beliebigen Position des Gesamthubs. Auch dies ist laut Kontec ein wichtiger Vorteil im Vergleich zu anderen Presssystemen.Weitere Vorteile sieht man in der strömungsgünstigen hydraulischen Kopplung von Druckübersetzer und Fluidspeicher. Beide Antriebskomponenten werden beim Schnell- und Krafthub mitbewegt. Auf lange Leitungen, durch die sich das Druckübertragungsmedium unter Umständen ,,quälen" muss, wird verzichtet. Das strömungstechnisch optimierte Hydrauliksystem kann sogar mit hochviskosem Öl als ,,Verstärkungsmedium" arbeiten. Dadurch wird zum Beispiel die Leckage minimiert.