Pneumatik Einteiliger Magnetkolben erleichtert Umrüstung von Pneumatikzylindern

Einfache Pneumatikzylinder können zu Linearantrieben für Regelaufgaben umgerüstet werden. Die Lösung liegt in einem einteiligen Magnetkolben, der in den wesentlichen Baumaßen einem Standardkolben entspricht und Funktionen wie Dichten, Führen, Dämpfen und Signalinduktion am Sensor übernimmt. Außerdem hat die einteilige Konstruktion im Vergleich zu mehrteiligen Bauarten bei Logistik und Montage Kostenvorteile.

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Parker Engineered Materials Group

Immer wieder dringt die Pneumatik in Anwendungsbereiche der elektromechanischen Antriebstechnik ein. Dort hat sie meist keine rein gesteuerten, sondern Regelungsaufgaben zu erfüllen. Dazu sind Pneumatikzylinder mit Abfrage der Kolbenposition erforderlich. Das geschieht mit Hilfe eines Magneten, der Bestandteil des Kolbens ist. Allerdings scheitert oft die Nachrüstung von Pneumatikzylindern an den Abmessungen von herkömmlichen Magnetkolben, weil diese zu breit für bestehende Einbauräume sind. Daher hat die Dichtungsgruppe von Parker Hannifin, Bietigheim-Bissingen, den Kolben DR erweitert. Dieser Magnetkolben lässt sich in sehr unterschiedliche Pneumatikzylinder einbauen (Bild 1).

Pneumatikzylinder, Kolben und Sensor aufeinander abgestimmen

Die Pneumatik hat die größte Verbreitung in der rein gesteuerten Antriebstechnik. Folglich ist bei Pneumatikzylindern meist die Kolbenposition nur in den Endlagen von Bedeutung. Allerdings werden zunehmend der Pneumatik einfachere Regelungsaufgaben abverlangt, bei denen die Kolbenstellung als Messgröße erforderlich ist. Damit kommt der Umrüstbarkeit von Pneumatikzylindern eine wachsende Bedeutung zu. Im Mittelpunkt stehen dabei der Kolbenaustausch und die Sensormontage. Beides erfordert eine Abstimmung von Zylinder, Magnetkolben und Sensor in relevanten Baumaßen. Beim Magnetkolben betrifft das den Durchmesser und die Bauhöhe. So kann für einen Kolbenausstausch nicht nur der Einbauraum, sondern auch ein gleichbleibender Maximalhub Voraussetzung sein.

Relevante Bauteilmaße entsprechen denen des Standardkolbens

Der Magnetkolben DR ist schmal gebaut. Er entspricht in den relevanten Baumaßen wie Durchmesser und Bauhöhe dem etablierten Standardkolben DP von Parker Hannifin, der bei rein gesteuerten Aufgaben mit Endlagenpositionierung zur Anwendung kommt. Ein nachträgliches Umrüsten ist in diesem Fall laut der Parker-Dichtungsgruppe „denkbar einfach“: Der installierte Kolben wird gegen den Magnetkolben ausgetauscht, wobei alle Pneumatikzylinder-Spezifikationen erhalten bleiben – einschließlich der Funktionen wie Dichten, Führen und Dämpfen.

Sie werden vom Magnetkolben wahrgenommen. So ist eine Endlagendämpfung im Kolben integriert und sogar die statische Abdichtung an der Kolbenstange berücksichtigt. Außerdem erzeugt der Magnetkolben ein Signal. Es wird am Sensor induziert, der parallel zur Kolbenstange an der äußeren Wand des Pneumatikzyliders verläuft. Daraus lässt sich elektronisch die Kolbenposition ermitteln.

Der doppeltwirkende Magnetkolben ist als einteiliges Verbundteil konzipiert (Bild 2). Der Kolben enthält im Innern den Magneten, der zwischen zwei Stahlscheiben eingebettet ist. Dieser Kern wird vom NBR-Werkstoff N3571 umhüllt, den die Parker-Dichtungsgruppe für Pneumatikanwendungen entwickelte.

Wie eine Dichtung sorge dieses Elastomer für niedrige Reibung, so dass eine lange Kolbenlebensdauer möglich sei. Als Beleg dafür verweist man auf das gute Losbrechverhalten bei einfahrender und ausfahrender Kolbenstange, das bei Tests nach 72 h Kolbenstillstand ermittelt wurde. Bei kürzerer Stillstandsdauer sinke die Losbrechreibung – um bis zu 50%. Dafür macht man nicht nur den Kolben, sondern auch die Gestaltung der Gegenlauffläche sowie die Verwendung eines geeigneten Schmierfetts verantwortlich.

Flexible Kombinationen lassen viele Anwendungen zu

Aufgrund der Eigenschaften, Formgebung und Baumaße eignet sich der Magnetkolben für Pneumatikzylinder nach DIN ISO 15552 und 21287. Es sind Pneumatikzylinder, bei denen keine hohen Seitenkräfte an der Kolbenstange kompensiert und keine langen Hübe überwunden werden müssen. Dennoch sieht die Parker-Dichtungsgruppe vielfältige Anwendungen in der Praxis: zum Beispiel in der Fertigungsautomation, der Verpackungs-, Lebensmittel- und Automobilindustrie – unter anderem beim Positionieren, Heben, Greifen, Spannen, Schieben und Stoppen.

Ein Grund dafür liegt in den Kombinationsmöglichkeiten des Magnetkolbens mit Standard-Pneumatikzylindern und Sensoren. So lässt der Kolben die Verwendung von Hall-Sensoren und Reed-Schaltern zu. Auch die einteilige Bauteilkonstruktion trägt zu einem breiten Anwendungsspektrum bei. Darüber hinaus führe dieses konstruktive Konzept zur Kosteneinsparung, heißt es. Im Vergleich zu einem mehrteiligen Magnetkolben seien Logistik und Montage einfacher.

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