Pneumatikus körök és pneumatikus kapcsolási rajzok – A folyadéktechnika alapjai

Ez a cikk a pneumatikus rendszerek, a pneumatikus körök és a pneumatikus körök kapcsolási rajzaival kapcsolatos alapokat tárgyalja. A pneumatika a folyadéktechnika olyan területe, amely a sűrített levegővel és annak különféle rendszerekben történő alkalmazásával foglalkozik. A pneumatikus vezérlési technológiát számos iparágban és szektorban alkalmazzák, például anyagmozgatásban, robotikában vagy szállításban.

Mi az a pneumatikus rendszer?

A pneumatika a mechanika egy alterülete, amely a gázok viselkedésével foglalkozik. Különösen a folyadéktechnika az, amely sűrített levegős vagy levegővel működtetett rendszereket használ a mozgás és a hajtóerő előállítására.

Tipikus sűrítettlevegő-rendszerekben a levegő pozitív nyomása 6 bar. A nyomásszint akár 18 bar is lehet nagy nyomású alkalmazásokban, például pneumatikus alkalmazásokban, ahol nagy a bemeneti teljesítmény. Különleges esetekben a nyomás akár 40 bar is lehet.

A sűrített levegőnek számos felhasználása van, amelyek szükség szerint használhatók. Például aktív levegőként működhet különféle anyagok szállítására. Felhasználható technológiai levegőként is, és támogatja a szárítási és egyéb folyamatokat. Ezenkívül sűrített levegő is használható robbanásveszélyes vagy nedves helyeken, például motorok vagy hasonlók működtetéséhez. Tipikus alkalmazási példa egy sűrített levegő, egy excenteres csiszoló egy festőfülkében.

Pneumatikus vezérlési alkalmazások

A pneumatikus vezérlések és rendszerek a gépészet, az egyedi gépépítés és a tömeggyártás alkalmazásainak széles skálájában megtalálhatók. Egyszerűségük és megbízhatóságuk mellett a pneumatikus rendszerek előnyei közé tartoznak a gyors reakcióidők és a viszonylag költséghatékony megvalósítás.

Tipikus alkalmazási példák a pneumatikus vezérlésekre:

• Hegesztőgépek: A hegesztőfejek és a befogóeszközök vezérlése.
• Szerszámgépek: Rögzítéshez vagy lazításhoz, valamint szerszámcseréhez.
• Öntödei gépek: Öntvények nyitásához vagy lezárásához és öntvények eltávolításához – például fröccsöntő gépeknél.
• Szállítószalagok és emelők: Anyagok mozgatásához, emeléséhez és pozicionálásához.
• Nyomtató- és papírgépek: A nyomtatási folyamatok és a papírelhelyezés szabályozása.

Mik a pneumatika előnyei?

A pneumatikus rendszereknek számos előnye van. A felhasznált anyag, vagyis a levegő végtelen készlettel rendelkezik, gyakorlatilag bárhol elérhető, és nagy távolságokra is szállítható.

• Tárolási lehetőség: A sűrített levegő a megfelelő sűrítettlevegő-tartályokban tárolható. Ezek a sűrített levegős tartályok szintén szállíthatók.
• Hőmérsékleti ellenállás: A sűrített levegőt lényegében nem érinti a hőmérséklet-ingadozás. Ezért alkalmas szélsőségesebb körülmények között történő használatra a folyadékokhoz, például a hidraulikafolyadékhoz képest.
• Környezeti kompatibilitás: A szivárgó sűrített levegő nem okoz szennyezést vagy kárt.
• Egyszerűség: A pneumatikus alkatrészek könnyen összeszerelhetők. Folyamatosan állítható módon tudják mozgatni vagy szabályozni a hengerek sebességét és erőit.
• Nagy sebesség: A sűrített levegő gyors technikai közeg, így viszonylag nagy sebesség és rövid kapcsolási idő érhető el.
• Hordozhatóság: A sűrített levegő nagy távolságokra is könnyen szállítható vezetékekben. A sűrített levegőt ezért általában csak kondicionálni kell.
• Túlterhelés elleni védelem: A pneumatikus körök és elemek még nyugalmi állapotban is képesek is elnyelni a terhelést, és így túlterhelésbiztosak a sűrített levegő csúcsaival szemben.

A különböző mechanikai folyamatok hatékonyan működtethetők, ha a sűrített levegőt használják energiaforrásként, így költséghatékony alternatívája más energiarendszereknek.

A pneumatikus vezérlés tervezési és működési alapelvei

A sűrített levegőt szelepek segítségével juttatják el a kívánt helyre. A sűrített levegőben tárolt energia a mozgási energia előállítására szolgál. Erre példa a sűrített levegő használata a henger dugattyújának egy adott irányba történő vezérléséhez.

Minden pneumatikus vezérlőrendszer alapvetően a következő alkomponensekből áll:

• Sűrített levegő előállítása (kompresszorok)
• Sűrített levegő kondicionálása (pneumatikus szűrő / levegőszűrő)
• Sűrített levegő tárolása (levegőtartály)
• Sűrített levegő szabályozása (nyomásszabályozó)
• Főszelepek (járati szelepek)
• Folyamatelemek (hengerek)
• Érzékelők és kapcsolók (mágnesszelepek, nyomógombok)
• Tömlők és szerelvények

Sűrített levegő előállítása a pneumatikus vezérlőkben

Egy vagy több kompresszort használnak a szükséges folyamatnyomás előállítására. Beszívják és szükség szerint összenyomják a levegőt 6 és 40 bar közötti nyomásra.

A levegő összenyomására használt mechanikai és termodinamikai folyamatok nagy mennyiségű hőt termelnek, amelyet ki kell üríteni a sűrített levegőből. Ezért a sűrített levegőt egy léghűtőn keresztül vezetik át a hőmérséklet csökkentése érdekében.

Sűrített levegő kondicionálása

A levegő lehűtése ugyanakkor csökkenti a levegő vízfelszívási képességét is. Mivel a levegő lehűl, gyakran vizet bocsát ki, ami károsíthatja a rendszert. Ennek megelőzése érdekében a levegő áthalad a légszárítón. Számos típusú légszárító létezik, például hűtő- és adszorpciós szárítógépek, amelyek eltávolítják a nedvességet a levegőből. Ugyanilyen fontos a sűrített levegő szennyezőanyagainak eltávolítása, hogy a sűrített levegős rendszerek optimális minőségét és hosszú élettartamát biztosíthassuk. Ez úgy érhető el, hogy a levegőt átvezetik a szűrőkön, hogy eltávolítsák a szennyeződéseket, például a port, a részecskéket és az olajat. Mivel azonban a hajtások kenéséhez olajra van szükség, a sűrített levegőt speciális olajozókkal dúsítják.

Sűrített levegő tárolása

A kondicionált levegő a sűrítettlevegő-tartályokban van tárolva. Ezek a tartályok egyidejűleg kompenzálják a nyomásingadozásokat, amikor a sűrített levegőt eltávolítják a rendszerből. A levegőtároló akkor kerül újratöltésre, amikor a nyomás egy bizonyos érték alá csökken.

A sűrített levegő szabályozása és terjesztése

A légnyomást nyomásszabályozóval állítják be, mielőtt a sűrített levegőt a pneumatikus körben használnák. A levegőt ezután csővezetékek és tömlők hálózatán keresztül juttatják el a rendszerbe. A sűrített levegős rendszert különböző követelmények, például a vezetékek átmérője figyelembevételével kell megtervezni. Minél kisebb egy cső átmérője, annál nagyobb az áramlási ellenállás. Az átmérőt úgy kell kiválasztani, hogy az áramlási ellenállások a lehető legalacsonyabbak maradjanak.

A sűrített levegős rendszereknél a szivárgások további kockázatot jelentenek. Ezek gyakoriak az összekötőkben vagy elosztócsövekben. Az ilyen szivárgások a sűrített levegő folyamatos elvesztéséhez vezetnek, ami növeli az energiafogyasztást és csökkenti a rendszer teljesítményét. Az ilyen közvetlen veszteségeken kívül a rendszer közvetett veszteségeket is szenvedhet. Túlméretes kompresszorok, túl szűk vagy túl hosszú vezetékek, kedvezőtlen tartályelhelyezés – ezek mindegyike teljesítményromláshoz és a rendszer hatékonyságának romlásához vezet. Ezért a sűrített levegő elosztásának célzott tervezése a sűrített levegős rendszer tartósság és teljesítmény szempontjából történő optimalizálásának feltétele.

Mozgás- és erőátvitel

A pneumatikus áramkörök különböző komponensei együtt mozognak és erőátvitelt végeznek. A szelepek szabályozzák a sűrített levegő irányát, nyomását és áramlását. A pneumatikus hajtások, például hengerek vagy légmotorok a tényleges munkát pneumatikus körben végzik. A sűrített levegő energiáját mechanikus mozgássá alakítják át. A sűrített levegő mozgatja a dugattyút a henger belsejében, és erőt ad át, általában lineáris irányban.

A mechanikai munkát speciális munkaelemek végzik, amelyek főként pneumatikus hengerek – mint például a pneumatikus megfogók.

Az ipari szállítószalagok különböző helyekre mozgatják vagy szállítják az anyagokat a műhelyekben vagy a raktárakban. A pneumatikus szállítószalagok sűrített levegőt használnak az anyagok vagy alkatrészek, például granulátumok, porok vagy ömlesztett anyagok csővezetéken keresztüli szállítására további feldolgozás vagy ártalmatlanítás céljából. Ezeket a rendszereket a gyártás különböző szakaszaiban használják, mivel egyszerűsítik és megkönnyítik az anyagmozgatást.

Általános felépítésű pneumatikus kör kapcsolási rajza

A pneumatikus körök kapcsolási rajzai a pneumatikus vezérlések grafikus ábrázolásai. Ezek a pneumatikus rendszer egyes komponenseinek működését és csatlakoztatását mutatják.

A pneumatikus kapcsolási rajzok tartalmazzák a tápelemeket, a működtetőket és a folyamatelemeket. A tápelemek felelősek a sűrített levegő betáplálásáért, valamint a sűrített levegő feldolgozásáért, tárolásáért és elosztásáért. A vezérlőegységek a pneumatikus kapcsolási rajzon található vezérlőelemek. Ide tartoznak például az irányítószelepek, a nyomásszelepek vagy a visszacsapó szelepek. Ezek határozzák meg a sűrített levegő áramlását és irányát. A folyamatelemek azok az elemek, amelyek a körben a fizikai munkát végzik. A sűrített levegő energiáját mechanikus mozgássá alakítják át. A hengerek, motorok vagy aktuátorok folyamatelemek.

Általában a körök úgy vannak elrendezve, hogy az energia alulról felfelé, azaz a sűrített levegő forrásától a folyamatelemhez áramoljon. Ezért a sűrített levegő forrása az első vagy a legalacsonyabb elem, a tápegység pedig a legfelső vagy utolsó elem.

Alkalmazási példa pneumatikus kapcsolási rajzzal

A következő gyakorlati példa azt mutatja, hogy a dugattyúrudat ki kell húzni (teljesen kinyitott helyzet) és be kell húzni egy meghatározott idő (kezdő helyzet) után. Biztonsági okokból a szakemberek általában 2 kézi gombot használnak a dugattyú véletlen kinyitásának megakadályozására.

Az alkalmazás alapvetően a következő összetevőkből áll:

• 1 x kettős működésű pneumatikus henger dugattyúrúddal (1 A)
• 2 db kézi nyomógomb iránybeállító szelepekkel (1S1 és 1S2)
• 1 db akkumulátor késleltető szeleppel (1V3) gázadagoló szeleppel
• 1 x kettős nyomású szelep (1V1)
• 1 db tolózár (1V2)
• Impulzusszelepek és irányjelző szelepek

• Az 1V1 kettős nyomású szelep logikusan „és” körként működik: a sűrített levegő csak akkor juthat át az 1V4 impulzusszelephez, ha az 1S1 és 1S2 kézi gombokat egyszerre működtetik.
• Az 1V4 impulzusszelepet a beáramló levegő táplálja, és sűrített levegővel van nyomás alá helyezve.
• Az 1V4 impulzusszelep táplálja az 1V5 irányvezérlő szelepet.
• Az 1V5 irányszabályozó szelep eltolódási helyzete miatt a sűrített levegő most belép az 1A kettős működésű pneumatikus hengerbe, és lehetővé teszi, hogy a dugattyúrúd ott kinyúljon (teljesen kinyitott helyzet). A dugattyúrúd kezdetben teljesen kinyitott helyzetben marad.

A tervezett kör működési elve több dolog egyidejű végrehajtását eredményezi a kapcsolási művelet során.

• A kézi gombok első megnyomásával egyidejűleg sűrített levegő jut az 1V2 tolózárba, amely egyidejűleg visszacsapó szelepként is működik.
• A sűrített levegő kitölti az 1V3 akkumulátort – az akkumulátor rendelkezik egy késleltető szeleppel.
• Amint az 1V3 nyomásakku feltöltődik, a kibocsátott sűrített levegő bekapcsolja az 1V4 impulzusszelepet, így az 1V5 áramlásszabályozó szelep visszatér kiindulási helyzetébe.
• Az 1V5 irányszelep eltolódási helyzete miatt a sűrített levegő most belép az 1 A kettős működésű hengerbe, és lehetővé teszi a dugattyúrúd visszahúzódását (alaphelyzet).
• A dugattyú ismételt kinyúlásához kézi gombot „fel kell engedni”, és újra be aktiválni kell.

A kapcsolási rajz elemei a DIN ISO 1219-2 szabványban megadott címkézési útmutatónak megfelelően vannak felcímkézve. Az alkalmazástól függően a szabványban található szimbólumok ennek megfelelően kombinálhatók. Az alábbi áttekintés néhány példát mutat.