Hoe een pneumatische cilinder te selecteren

Pneumatische cilinders zijn cruciaal voor veel industriële systemen, omdat ze lineaire beweging en kracht bieden voor verschillende toepassingen. Het kiezen van de juiste pneumatische cilinder voor een specifieke toepassing is essentieel om optimale prestaties en betrouwbaarheid te garanderen. Dit artikel bespreekt de belangrijkste factoren om te overwegen bij het selecteren van een pneumatische cilinder.

Veelgemaakte fouten bij het selecteren van een pneumatische cilinder

Tabel 1: Veelgemaakte fouten bij het selecteren van een pneumatische cilinder en hoe deze te vermijden

Beschrijving	Hoe te vermijden	Gevolgen
Geen rekening houden met factoren zoals massa van de lading, slaglengte en bedrijfsomgeving	Beoordeel zorgvuldig alle specificaties van de toepassing voordat u een keuze maakt	Slechte prestaties, voortijdige uitval of onvermogen om de taak te voltooien
Een cilinder kiezen met onvoldoende krachtoutput	Zorg ervoor dat de krachtoutput van de cilinder minstens twee keer de vereiste lading is	De cilinder kan vastlopen of te langzaam bewegen, wat leidt tot inefficiënties in het proces
Niet de vereiste activeringssnelheid berekenen	Bepaal de noodzakelijke snelheid en controleer de specificaties van de cilinder	Langzame cyclustijden, verminderde productiviteit of onvermogen om aan de procesvereisten te voldoen
Geen rekening houden met luchttoevoer en -verbruik	Bereken het luchtverbruik en zorg voor een adequate toevoer	Drukdalingen in het systeem, inconsistente werking of volledige uitval tijdens piekbelasting
Cilinders kiezen die te groot of te klein zijn voor de toepassing	Stem de cilindermaat af op de toepassingsvereisten en ruimtebeperkingen	Verspilde energie, verhoogde kosten of fysieke interferentie met andere apparatuur
Cilinders kiezen met incompatibele montageconfiguraties	Overweeg hoe de cilinder aan aangrenzende apparatuur wordt bevestigd	Moeilijke installatie, verkeerde uitlijning of onvermogen om de cilinder correct te bevestigen
Geen rekening houden met temperatuur-, corrosie- of reinheidseisen	Kies geschikte materialen en afdichtingen voor de bedrijfsomgeving die de bedrijfstemperatuur zonder falen kunnen verdragen	Versnelde slijtage, verontreiniging of voortijdige uitval in zware omstandigheden
Geen rekening houden met de impact aan het einde van de slag	Evalueer of demping nodig is om mechanische schade te voorkomen	Luidruchtige werking, overmatige trillingen of schade aan cilinderafdekkingen en aangrenzende apparatuur
Niet-repareerbare cilinders kiezen voor zware toepassingen	Kies repareerbare cilinders voor toepassingen die frequent onderhoud vereisen	Hogere langetermijnkosten, verhoogde uitvaltijd voor vervangingen of verkorte levensduur van de apparatuur
Geen rekening houden met de behoeften aan positiedetectie	Kies magnetische cilinders als positieterugkoppeling vereist is	Gebrek aan precisiecontrole, onvermogen om processen te automatiseren of veiligheidsproblemen in kritieke toepassingen

Hoe een pneumatische cilinder te kiezen

Het kiezen van een pneumatische cilinder vereist een duidelijke definitie van de prestatie-eisen van het systeem, zoals laadcapaciteit, slaglengte, bedrijfssnelheid en maximale bedrijfsdruk en -temperatuur. De belangrijkste factoren om te overwegen tijdens het selectieproces worden hieronder besproken.

1. Vormfactor en ISO-normen
2. Type pneumatische cilinder
3. Kracht en boringmaat
4. Slaglengte
5. Demping
6. Montageopties
7. Snelheid

Lees ons overzicht van pneumatische cilinders voor meer informatie over de constructie, werking en typen pneumatische cilinders. Ons pneumatiek woordenboek biedt een referentie voor termen met betrekking tot pneumatische systemen.

1. Vormfactor en ISO-normen

De vormfactor van een pneumatische cilinder verwijst naar zijn fysieke grootte, vorm en afmetingen. Het omvat factoren zoals:

• Type cilinder
• Boringmaat
• Slaglengte
• Montagestijl
• Algemene vorm

De vormfactor van een pneumatische cilinder bepaalt of de cilinder in de beschikbare ruimte van de toepassing past en of hij de lading effectief kan verplaatsen. Als de cilinder te klein of te groot is, kan hij mogelijk niet de benodigde kracht of snelheid leveren om de lading te verplaatsen of past hij mogelijk niet in de beschikbare ruimte. Het verkrijgen van een pneumatische cilinder die aan een standaard voldoet, maakt het mogelijk om deze indien nodig gemakkelijk tussen merken uit te wisselen. Deze normen definiëren de afmetingen, prestaties en testvereisten van pneumatische cilinders. Veelvoorkomende cilinders zijn onder andere ronde, compacte en geleide cilinders.

• Pneumatische ISO 15552 cilinders (32 - 320 mm): Deze pneumatische cilinders volgen de ISO 15552 voor profielcilinders met diameters van 32 - 320 mm. Opties omvatten enkelwerkende en dubbelwerkende cilinders, met verschillende configuraties voor stangdiameter, slaglengte, kracht, druk, magnetische zuiger en verstelbare demping.
• Pneumatische ronde cilinders (32 - 63 mm): Ronde cilinders hebben een cilindrische vorm en zijn een van de meest voorkomende pneumatische cilinders. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende boringmaten en slaglengtes en kunnen hoge kracht en snelheid leveren. Deze cilinders zijn geschikt voor verschillende toepassingen en zijn verkrijgbaar in verschillende configuraties voor stangdiameter, slaglengte, kracht en druk.
• Pneumatische ISO 21287 compacte cilinders (20-100 mm): ISO 21287 pneumatische compacte cilinders hebben diameters variërend van 20-100 mm. Ze zijn kleiner dan ronde cilinders en ideaal voor toepassingen waar de ruimte beperkt is. Ze hebben een kortere slaglengte en een kleinere boringmaat dan ronde cilinders. Compacte cilinders kunnen enkelwerkend of dubbelwerkend zijn en worden vaak gebruikt in automatiserings- en robotica-toepassingen.
• Pneumatische stangloze cilinders: Stangloze cilinders bieden lineaire beweging met de lading die langs de zuiger beweegt. Dit biedt het belangrijkste voordeel van dezelfde slaglengte in aanzienlijk minder ruimte. Stangloze cilinders worden vaak gebruikt in materiaalbehandeling, laden, tillen, websnijden en andere toepassingen.
• Pneumatische ISO 6432 mini cilinders (8 - 25 mm): Pneumatische cilinders die de ISO 6432 volgen voor ronde cilinders (mini cilinders) hebben diameters in het bereik van 8 - 25 mm.
• Geleide cilinders: Geleide cilinders hebben extra geleidingsmechanismen die helpen voorkomen dat de zuigerstang buigt of draait tijdens de werking. Ze zijn geschikt voor toepassingen met een risico dat de zuigerstang aan zijdelingse krachten wordt blootgesteld. Geleide cilinders kunnen ronde of compacte cilinders zijn en worden vaak gebruikt in pick-and-place operaties en materiaalbehandeling.

2. Type pneumatische cilinder

Er zijn verschillende soorten pneumatische cilinders, elk met zijn eigen voor- en nadelen. De drie meest voorkomende typen zijn enkelwerkende, dubbelwerkende en stangloze cilinders.

• Enkelwerkende cilinders gebruiken perslucht om de zuigerstang uit te breiden of in te trekken en een veer of andere externe kracht om de zuigerstang naar zijn oorspronkelijke positie terug te brengen.
• Dubbelwerkende cilinders gebruiken perslucht om de zuigerstang uit te breiden en in te trekken.

Lees ons artikel over enkelwerkende vs dubbelwerkende pneumatische cilinders voor meer informatie over de kenmerken van elk type.

3. Kracht en boringmaat

Een pneumatische cilinder moet voldoende kracht produceren om de lading te verplaatsen. Gebruik de formule F = m × a om de kracht te berekenen die nodig is om een object met massa 'm' met een versnelling van 'a' te verplaatsen. Het is cruciaal om deze berekening uit te voeren voor zowel de binnenwaartse als de buitenwaartse slagen en een pneumatische cilinder te kiezen met een krachtclassificatie die iets boven de berekende kracht ligt.

Het kiezen van de juiste boringmaat is cruciaal om ervoor te zorgen dat de cilinder voldoende kracht kan leveren voor de toepassing. Het selecteren van een overmaatse cilinder kan resulteren in verhoogde kosten vanwege zijn grotere omvang, terwijl een ondermaatse cilinder mogelijk niet in staat is om de beoogde lading te verplaatsen. Een algemene vuistregel is om een boringmaat te kiezen die 1,5 tot 2 keer de diameter van de te verplaatsen lading is. Lees ons artikel over de krachtcalculator voor pneumatische cilinders voor meer informatie over de krachtberekeningen in enkelwerkende en dubbelwerkende pneumatische cilinders.

4. Slaglengte

Slaglengte is de afstand die de zuiger lineair aflegt wanneer deze wordt geactiveerd door perslucht. Om een lading 1 meter hoog te tillen, moet de slaglengte van de cilinder minimaal 1 meter zijn, zodat deze de lading van het startpunt naar het einde kan verplaatsen. Het correct inschatten van de slaglengte is cruciaal, omdat de cilinder duur kan worden naarmate de slaglengte toeneemt. Een cilinder met een te korte slaglengte kan de lading niet naar de beoogde positie verplaatsen. Aan de andere kant kan een te lange slaglengte de doelpositie overschrijden, en een zware lading die aan het einde van een volledig uitgestrekte zuiger wordt geplaatst, kan zuigerstress en buiging veroorzaken.

5. Demping

Demping vertraagt de beweging van de cilinder aan het einde van de slag om schade te voorkomen. Er zijn verschillende soorten demping, zoals schokdempers, mechanische demping en verstelbare demping, onder andere.

• Schokdempers: Schokdempers zijn externe apparaten die kinetische energie absorberen en impactkrachten verminderen. Ze zijn geschikt voor toepassingen met zware ladingen en hoge impactkrachten, maar vereisen extra ruimte en montagevoorzieningen.
• Mechanische demping: Mechanische demping is een ingebouwd elastomeer binnen de cilinder en biedt consistente demping. Het is een eenvoudige en betrouwbare optie die geschikt is voor toepassingen met matige impactkrachten en beperkte ruimte.
• Verstelbare demping: Verstelbare demping maakt nauwkeurige controle over vertraging en impactkrachten mogelijk. Het biedt maatwerk en flexibiliteit, maar kan complexer zijn dan mechanische demping of schokdempers.

Lees ons artikel over demping van pneumatische cilinders voor een meer diepgaande analyse van elk type demping.

6. Montageopties

De montagestijl van de pneumatische cilinder hangt af van de specifieke vereisten van de toepassing, zoals de beschikbare ruimte en de richting van de lading. Pneumatische cilinders kunnen op verschillende manieren worden gemonteerd, zoals met een vork, een trunnion, een flens en een voet.

• Vorkmontages: Een vorkmontage bevestigt zich aan de vork van de cilinder (een U-vormige beugel aan het uiteinde van de cilinder) aan de machine of het systeem. Vorkmontages zijn geschikt voor toepassingen waarbij de lading in spanning of compressie is, en de cilinder in een rechte lijn moet bewegen.
• Trunnionmontages: Trunnionmontages gebruiken een trunnionbeugel om de cilinder aan de machine of het systeem te bevestigen. Trunnionmontages zijn geschikt voor toepassingen waarbij de lading uit het midden is of de cilinder moet draaien.
• Flensmontages: Flensmontages gebruiken een flensbeugel om de cilinder aan de machine of het systeem te bevestigen. Flensmontages worden vaak gebruikt in toepassingen waarbij de cilinder moet worden gefixeerd.
• Voetmontage: Een voetmontage bevestigt zich aan de onderkant van de cilinder met behulp van bouten of schroeven en bevestigt de cilinder aan een vlak oppervlak op de machine of het systeem. Voetmontages worden meestal gebruikt wanneer de lading verticaal is en de cilinder zonder zijwaartse beweging moet worden geplaatst.

7. Snelheid

De snelheid van een pneumatische cilinder is de slaglengte gedeeld door de tijd die nodig is om de lading naar de eindpositie te verplaatsen. Overweeg de toepassingsvereisten bij het selecteren van de snelheid; bijvoorbeeld, langzamere snelheid voor montagetaken en hogere snelheid voor verpakkingsprocessen. De snelheid van de pneumatische cilinder kan worden geregeld door de luchtdruk aan te passen, een stroomregelklep te installeren en elektronische besturingen of een drukregelaar te gebruiken. Lees ons artikel over reactietijd en snelheid van pneumatische cilinders voor meer details over de snelheid van pneumatische cilinders en de verschillende factoren die deze regelen.

Voorbeeld

Overweeg een toepassing waarin een pneumatische cilinder wordt gebruikt om een lading van 1000 kg te tillen die tot een hoogte van 2 meter in 2 seconden moet worden getild. De cilinder wordt verticaal gemonteerd en de lading wordt aan de zuigerstang bevestigd. De cilinder wordt bediend met perslucht bij een druk van 7 bar.

Een geschikte pneumatische cilinder kiezen

1. Type cilinder en ISO-norm: Een enkelwerkende cilinder is geschikt voor deze toepassing omdat deze slechts in één richting hoeft uit te breiden om de lading te tillen. Een dubbelwerkende cilinder kan ook worden gebruikt, maar zou complexer en duurder zijn. Om compatibiliteit en uitwisselbaarheid te garanderen, wordt aanbevolen om een cilinder te kiezen die voldoet aan de ISO 6431 of ISO 15552 normen.
2. Slaglengte: De vereiste slaglengte is de afstand die de lading moet worden getild, namelijk 2 meter.
3. Kracht:

Kracht = ma

De versnelling is de afgeleide van de volledige slag snelheid (v/t) of ((L/t)/t)

a = 0,5 m/s²

Kracht = 1000 ✕ 0,5 = 500 N

De cilinder moet in staat zijn om minimaal 500 N te produceren om de lading te verplaatsen.

4. Montageopties: Aangezien de cilinder verticaal wordt gemonteerd, zou een geschikte montageoptie een vork of een trunnion zijn.
5. Demping: Kies een willekeurige schokdemper, aangezien de toepassing een aanzienlijke lading en relatief snelle beweging met zich meebrengt.
6. Snelheid:

Snelheid = Slaglengte / Heftijd = 2/2 = 1 m/s.

De cilinder moet in staat zijn om de lading met een minimale snelheid van 1 m/s te tillen.

Op basis van de bovenstaande berekeningen zou een geschikte pneumatische cilinder voor deze toepassing een enkelwerkende ISO 6431 of ISO 15552 standaardcilinder zijn met een nominale minimale kracht van 500 N, een minimale slaglengte van 2 m en een nominale snelheid van 1 m/s. De cilinder kan worden gemonteerd met behulp van een vork of trunnion.

Veelgestelde vragen

Welke factoren moet ik overwegen bij het kiezen van een pneumatische cilinder?

Overweeg de boringmaat van de cilinder, de slaglengte, de werkdruk en de montagestijl. Daarnaast moeten ook het type toepassing en de laadvereisten in overweging worden genomen.

Hoe bepaal ik de boringmaat van een pneumatische cilinder voor mijn toepassing?

Selecteer de boringmaat van de pneumatische cilinder op basis van de kracht die nodig is om de lading te verplaatsen, de beschikbare luchtdruk en de vereiste bedrijfssnelheid.

Welke factoren beïnvloeden de maten van lineaire actuatoren voor verschillende toepassingen?

De maten van lineaire actuatoren worden beïnvloed door factoren zoals laadcapaciteit, slaglengte, snelheidsvereisten en de specifieke omgevingsomstandigheden van de toepassing.

Hoe dimensioneer je lineaire actuatoren?

Om een lineaire actuator te dimensioneren, bepaal je de laadvereisten, slaglengte, snelheid, stroombron en actuatortype, en raadpleeg je vervolgens de specificaties van de fabrikant om ervoor te zorgen dat deze aan de behoeften van de toepassing voldoet.