Hoe Werkt een Pneumatische Cilinder

Een pneumatische cilinder zet de energie van samengeperste lucht om in een heen-en-weergaande lineaire beweging. Ze zijn eenvoudig te gebruiken en vormen een kostenefficiënte oplossing om lasten lineair te verplaatsen, waardoor ze vaak worden gebruikt in industriële toepassingen waar automatisering vereist is, zoals in de productie, assemblagelijnen en robotica. Dit artikel geeft een volledig overzicht van hoe pneumatische cilinders werken, de verschillende soorten pneumatische cilinders, hun belangrijke eigenschappen en hoe ze te selecteren voor een toepassing.

Inhoudsopgave

• Pneumatische cilinderonderdelen
• Werking van de pneumatische cilinder
• Slaglengte, snelheid en tijd
• Kracht berekenen
• Normen
• Stangloze cilinders
• Demping
• Accessoires voor pneumatische cilinders
• Symbolen
• Selectiecriteria
• Onderhoud van pneumatische cilinders
• FAQs

Pneumatische cilinderonderdelen

Figuur 2 toont de belangrijkste onderdelen van een dubbelwerkende pneumatische cilinder.

• Kopkap poort (A): De kap aan de achterkant van de pneumatische cilinder waar perslucht in of uit kan.
• Trekstang (B): Trekstangen zijn lange stangen die de pneumatische cilinder bij elkaar houden. Ze lopen over de lengte van de pneumatische cilinder en verbinden de koppen van de kap en de stang met elkaar.
• Eindkap-poort (C): De kap op het stanguiteinde van de pneumatische cilinder waar perslucht in of uit kan.
• Zuiger (D): Een schijfvormig element dat in de cilinder beweegt. Het beweegt als reactie op veranderingen in de luchtdruk en is verbonden met de zuigerstang.
• Cilinderbuis (E): Het cilindrische lichaam dat de zuiger bevat.
• Zuigerstang (F): De zuigerstang is verbonden met de zuiger en beweegt mee om een lineaire beweging te creëren. Het uiteinde van de zuigerstang is meestal bevestigd aan een hulpstuk of de last.

Lees meer over deze onderdelen in ons artikel over pneumatische cilinderonderdelen.

Werking van de pneumatische cilinder

Het algemene werkingsprincipe van een pneumatische cilinder hangt af van het feit of de cilinder enkel- of dubbelwerkend is. Hieronder staat een korte beschrijving, maar lees ook ons artikel over enkelwerkende vs. dubbelwerkende pneumatische cilinders voor meer informatie.

Enkelwerkende pneumatische cilinder

Een enkelwerkende pneumatische cilinder gebruikt perslucht om de zuiger slechts in één richting aan te drijven. Een mechanische veer brengt de zuiger in zijn oorspronkelijke positie. Figuur 3 toont de twee ontwerpmogelijkheden. Figuur 3 label A laat zien dat de veer wordt gebruikt om de zuiger naar buiten te trekken en perslucht trekt de zuiger naar binnen. Afbeelding 3 label B laat zien dat de veer wordt gebruikt om de zuiger naar binnen te trekken en perslucht om de zuiger naar buiten te trekken. Enkelwerkende cilinders worden vaak gebruikt voor fail-safe toepassingen waarbij de zuiger zich in een bepaalde positie moet bevinden als de perslucht wegvalt.

Door de tegengestelde veerkracht leveren enkelwerkende pneumatische cilinders geen consistente uitgaande kracht gedurende de hele zuigerslag. Bovendien is de slag van enkelwerkende cilinders beperkt door de ruimte die nodig is voor de samengedrukte veer.

Dubbelwerkende pneumatische cilinder

Dubbelwerkende pneumatische cilinders zorgen voor volledige controle over de beweging van de zuiger. Figuur 4 toont hoe de zuiger en de zuigerstang bewegen wanneer perslucht in de kopopening en de eindopening komt.

• Positieve positie (A): De stang is uit het lichaam gestoken.
• Negatieve positie (B): De stang wordt teruggetrokken in het lichaam.

Wanneer perslucht de kopkap binnenkomt, duwt deze de zuiger naar voren (positief), waardoor de zuigerstang wordt verlengd (zie figuur 4 A). De lucht wordt uit de eindkap-poort geperst. Om de zuigerstang terug te trekken, komt perslucht in de eindkap-poort, waardoor lucht uit de kopkap wordt geperst en de zuiger in de negatieve positie wordt teruggetrokken (zie figuur 4 B).

Dubbelwerkende pneumatische cilinders bieden de gebruiker volledige controle, een langere slaglengte en constante uitgaande kracht over de volledige slag. Zij kunnen ook werken met hogere cyclische snelheden. Een dubbelwerkende cilinder mag echter niet worden gebruikt als de toepassing een basispositie vereist tijdens fail-safe scenarios, in het geval er persluchtverlies optreedt. Omdat ze perslucht gebruiken voor beide richtingen, verbruiken ze ook meer energie.

Slaglengte, snelheid en tijd

De slaglengte, de volledige slagtijd en de snelheid van een pneumatische cilinder hebben een grote invloed op de prestaties en efficiëntie van de cilinder in een systeem.

• Slaglengte: De slaglengte van een pneumatische cilinder is de maximale afstand waarover een pneumatische cilinder zijn last kan verplaatsen.
• Volledige slag: De tijd die de cilinderstang nodig heeft om van volledig uitgeschoven naar volledig ingeschoven te gaan of omgekeerd.
• Snelheid: De snelheid van de zuigerstang wordt bepaald door de slaglengte te delen door de slagtijd.

Kracht berekenen

Om een pneumatische cilinder te kiezen, is het belangrijk om eerst te begrijpen hoeveel kracht er nodig is om de last met de gewenste snelheid te verplaatsen. De cilinder die gekozen is om de last te verplaatsen, moet een kracht hebben die iets hoger is dan de kracht die nodig is om de last te verplaatsen. Leer hoe je deze berekeningen uitvoert door onze pneumatische cilinderkrachtcalculator te lezen.

Normen

Pneumatische cilinderontwerpen voldoen meestal aan ISO-normen, waardoor ze uitwisselbaar zijn met producten van verschillende fabrikanten. Daarom zijn de montageafmetingen, cilinderboring, slag, zuigerstang kenmerken en luchtpoorten afhankelijk van het type/norm en het gebruik.

Rond ISO 6432 (8-25 mm)

ISO 6432 is een metrische ISO-norm die van toepassing is op pneumatische cilinders met enkele stang met boringen van 8 mm tot 25 mm en een maximale werkdruk tot 10 bar (1000 kPa). Ze worden meestal miniluchtcilinders of ronde cilinders genoemd. Deze pneumatische cilinder heeft standaard geen handmatige dempingsinstelling. ISO 6432-cilinders zijn geschikt voor automatiseringssystemen in diagnostische instrumentatie, bottelarij, auto's, commerciële keukens en wasmachines.

Let op: Ronde cilinders met een boring van meer dan 25 mm zijn verkrijgbaar. Vanwege hun grootte voldoen ze echter niet volledig aan de ISO 6432-standaard.

Profiel ISO 15552 (32-320 mm)

ISO 15552 legt normen vast voor pneumatische cilinders met enkele of dubbele stang met een maximale werkdruk tot 10 bar (1000 kPa) en een boring van 32 mm tot 320 mm. Deze norm is van toepassing op cilinders met afneembare bevestigingsmiddelen. De ISO 15552-serie pneumatische cilinders heeft een instelbare demping, waardoor een perfecte demping wordt bereikt. Daarom zijn ISO 15552-cilinders geschikt voor het efficiënt verplaatsen van grote ladingen. Ze worden over het algemeen gebruikt in automatiseringssystemen in de machine- en systeembouw en de voedingsmiddelen- en drankenindustrie. ISO 15552 heeft de oudere normen ISO 6431 en VDMA 24562 vervangen.

Compact ISO 21287 (20-100 mm)

ISO 21287 is van toepassing op compacte pneumatische cilinders met één stang met een maximale werkdruk tot 10 bar (1000 kPa) en een boring van 20 mm tot 100 mm. Deze serie pneumatische cilinders is niet voorzien van instelbare demping. Er zijn echter rubberen stootranden aan beide uiteinden voor demping. De pneumatische cilinders uit de ISO 21287-serie zijn compact en licht, en dus ideaal voor toepassingen met beperkte ruimte.

Stangloze cilinders

Een cilinder zonder stang verplaatst de last langs de zuiger in plaats van de last met de zuiger te duwen of te trekken. Deze cilinders zijn compacter bij dezelfde slaglengte. Ze hebben dezelfde kracht in beide richtingen en geen zuigerstangknik. Cilinders zonder stangen worden vaak gebruikt voor materiaaltransport, laden, heffen en snijden. Lees ons technisch artikel over de cilinder zonder stang voor meer informatie.

Demping

De beweging van de zuiger in een pneumatische cilinder kan heel snel zijn wanneer de samengeperste lucht de cilinder binnenkomt. Deze snelle beweging kan een harde schok veroorzaken wanneer de zuiger de kop of eindkap raakt. Deze schok oefent druk uit op de onderdelen van de luchtcilinder, maakt lawaai en brengt trillingen over op de machinestructuur. Om dit te voorkomen wordt demping bij de doppen gebruikt om de zuiger af te remmen. Demping kan ook voorkomen dat de zuiger terugveert (stuitert) van de eindpositie. De meeste pneumatische cilinders hebben demping aan het einde van de slag op een van de volgende manieren:

• Flexibele schokdempers: Deze schokdempers zijn het meest geschikt voor lage werksnelheden, lage belastingen en kortere slagen. Het materiaal bestaat vaak uit elastomeren in de vorm van een ring.
• Verstelbare pneumatische demping: Dit type demping is voor grotere pneumatische cilinders met hogere zuigersnelheden of sterkere krachten. Een bepaald volume lucht, dat opgesloten zit in de eindpositie van de zuiger, absorbeert de schok.
• Zelfaanpassende pneumatische demping: Deze vorm van demping maakt ook gebruik van ingesloten lucht om schokken te absorberen, maar het kan zichzelf aanpassen aan wisselende krachten. Handmatige afstelling is niet nodig. Zelfaanpassende pneumatische demping is het beste voor toepassingen met wisselende krachten.

Accessoires voor pneumatische cilinders

Terugkoppeling zuigerpositie

Pneumatische cilindersensoren geven feedback over de zuigerpositie aan een besturingssysteem in geautomatiseerde machines en apparatuur. Het is gebruikelijk dat de zuiger een magneet heeft in het cilinderhuis. Vervolgens kan een sensor op de pneumatische cilinder worden gemonteerd, zoals afbeelding 6 laat zien, om de positie van de zuiger weer te geven. Afhankelijk van waar de sensor is gemonteerd, kan hij afzonderlijke posities langs het cilinderlichaam detecteren. Er kunnen meerdere sensoren op het cilinderhuis worden gemonteerd als feedback voor meerdere posities nodig is.

Reed-sensoren zijn het meest gebruikte type sensor omdat ze een lange levensduur hebben (meer dan 10 miljoen) en meestal niet het eerste defecte punt zijn bij toepassingen met veel schokken of trillingen. Lees ons artikel over pneumatische cilindersensoren voor meer informatie over hoe ze werken.

Pneumatische grijpers

Een pneumatische grijper is een pick-and-place-apparaat dat perslucht gebruikt om de grijperhaken, ook wel vingers genoemd, te bedienen. Zij hebben gewoonlijk twee of drie vingers en zijn voorzien van een inwendige pneumatische cilinder om ze te bedienen en te controleren. Zij worden meestal gebruikt in geautomatiseerde fabricageprocessen om een werkstuk vast te grijpen. Lees ons artikel over pneumatische grijpers voor meer informatie over hoe ze werken.

Montagetoebehoren

Montagetoebehoren worden gebruikt om de pneumatische cilinder te monteren of om de zuigerstang aan een last te koppelen. Zij worden gewoonlijk ontworpen op basis van de ISO-norm van de pneumatische cilinder. Deze toebehoren zijn van invloed op de prestaties, de betrouwbaarheid en het totale ontwerp van het systeem. Flenzen, voeding gemonteerd, draaipunten, hoekbeugels en kogelstangkop zijn slechts enkele van de verschillende montageaccessoires. Lees onze artikelen over accessoires voor draadeinden en montage.

Symbolen

ISO heeft goed gedefinieerde symbolen ontwikkeld voor pneumatische cilinders om hun functie in schema's te onderscheiden. Deze symbolen zijn onafhankelijk van de ISO-normen voor pneumatische cilinders, de diameter of de slag.

Dubbelwerkende cilinder
Dubbelwerkende cilinder met magnetische zuiger
Dubbelwerkende cilinder met instelbare demping
Dubbelwerkende cilinder met instelbare demping en magnetische zuiger
Dubbelwerkende cilinder met doorgaande zuigerstang, instelbare demping en magnetische zuiger
Enkelwerkende cilinder (min)
Enkelwerkende cilinder (plus)

Selectiecriteria

Het kiezen van een pneumatische cilinder hangt af van de volgende factoren. Lees ons artikel over het selecteren van een pneumatische cilinder om meer te weten te komen over de verschillende selectiecriteria voor pneumatische cilinders:

• Kracht
• Slaglengte
• Montagestijl
• Standterugmelding
• Demping
• Cilinderdiameter
• Werkdruk
• Aansluitmaat
• ISO-normen

Onderhoud van pneumatische cilinders

Pneumatische cilinders zijn betrouwbaar, maar kunnen na verloop van tijd slijtage en schade oplopen. Dit leidt tot slechtere prestaties en in het ergste geval tot mislukking. Goed onderhoud omvat inspectie en reparatie, waardoor problemen met de cilinder kunnen worden voorkomen en de levensduur wordt verlengd.

FAQs

Wat doet een pneumatische cilinder?

Een pneumatische cilinder is een mechanisch apparaat dat samengeperste lucht omzet in een heen en weer gaande lineaire beweging.

Kunnen pneumatische cilinders halverwege stoppen?

Dubbelwerkende cilinders kunnen halverwege de slag stoppen. Voor toepassingen met hoge nauwkeurigheid moeten speciale sluitcilinders en positieterugkoppeling worden gebruikt.

Hoe werken pneumatische cilinders?

Een dubbelwerkende pneumatische cilinder gebruikt perslucht om een zuiger in en uit te bewegen, terwijl een enkelwerkende pneumatische cilinder perslucht gebruikt voor beweging in één richting en een retourveer voor de andere richting.

Wat betekent slag voor pneumatische cilinders?

De slag is de totale afstand die de zuigerstang in één richting kan afleggen.