Wie kann ein Zylinder mit geringer Reibung bei extrem niedrigem Druck arbeiten?

In einem herkömmlichen Pneumatiksystem benötigt ein Pneumatikzylinder normalerweise einen bestimmten Luftdruck, bevor er sich zuverlässig bewegen kann.

Einige Präzisionsautomatisierungsanwendungen erfordern jedoch viel mehr als nur das einfache Aus- und Einfahren. Der Zylinder muss möglicherweise mit arbeiten und gleichzeitig eine gleichmäßige Bewegung gewährleisten sehr niedrigem Druck, niedriger Geschwindigkeit und extrem geringer Ausgangskraft .

Hier kommt ein reibungsarmer Pneumatikzylinder besonders zum Einsatz.

In unserem Test wird ein elektropneumatischer ITV-Mikrodruckregler verwendet, um den Versorgungsdruck präzise zu steuern und gleichzeitig einen reibungsarmen Zylinder durch wiederholtes Aus- und Einfahren anzutreiben.

Selbst unter sehr niedrigen Druckbedingungen kann der Luftzylinder noch Bewegungen einleiten und reibungslos funktionieren, was die Vorteile einer reibungsarmen Konstruktion bei empfindlichen pneumatischen Steuerungsanwendungen demonstriert.

Beobachten Sie, wie der reibungsarme Pneumatikzylinder bei extrem niedrigem Druck läuft:

1. Warum haben Standard-Pneumatikzylinder Probleme bei niedrigem Druck?

Bevor sich ein Pneumatikzylinder bewegen kann, muss die erzeugte Kraft die Reibung mehrerer interner Komponenten überwinden, darunter:

• Kolben Siegel

• Stangendichtungen

• Führungskomponenten

• Andere Gleitflächen

Die zum Einleiten einer Bewegung erforderliche Kraft ist normalerweise höher als die zum Aufrechterhalten der Bewegung erforderliche Kraft. Dies liegt vor allem daran, dass die Haftreibung typischerweise höher ist als die dynamische Reibung.

Bei sehr niedrigem Versorgungsdruck kann es zu folgendem Vorgang kommen:

Der Druck steigt → die Kraft reicht nicht aus, um die Haftreibung zu überwinden → der Druck baut sich weiter auf → der Kolben beginnt sich plötzlich zu bewegen → die Reibung nimmt ab → der Kolben bewegt sich schlagartig.

Dieses Phänomen wird häufig mit Stick-Slip-Bewegungen in Verbindung gebracht . . Bei Anwendungen, die eine langsame Bewegung, eine geringe Ausgangskraft oder einen sanften Kontakt erfordern, kann Stick-Slip die Bewegungsstabilität und Steuerungsgenauigkeit erheblich beeinträchtigen.

2. Warum kann ein reibungsarmer Zylinder bei niedrigerem Druck arbeiten?

Der Zweck eines reibungsarmen Zylinders besteht nicht nur darin, den Aktuator leichter zu machen. Sein Hauptziel besteht darin, den Gleitwiderstand und die Losbrechreibung im Zylinder zu reduzieren.

Je nach Bauart des Pneumatikzylinders kann dies durch optimierte Dichtungsstrukturen, reibungsarme Dichtungen, spezielle Führungsanordnungen oder Metalldichtungstechnik erreicht werden. Durch die Reduzierung der inneren Reibung können mehrere wichtige Verbesserungen erreicht werden.

• Geringerer Losbrechwiderstand

Um den anfänglichen Widerstand des Kolbens zu überwinden, ist weniger Druck erforderlich. Dadurch kann sich der Zylinder bei einem geringeren Druck zu bewegen als bei vielen herkömmlichen Pneumatikzylindern.

• Sanftere Bewegung bei niedriger Geschwindigkeit

Durch die Verringerung des Unterschieds zwischen statischer und dynamischer Reibung wird das Stick-Slip-Verhalten minimiert. Dadurch kann sich der Kolben bei niedriger Geschwindigkeit sanfter bewegen.

• Höhere Empfindlichkeit gegenüber Druckänderungen

Wenn der mechanische Widerstand im Zylinder verringert wird, können kleine Änderungen des Luftdrucks deutlichere Änderungen der Kolbenkraft und -bewegung hervorrufen. Dadurch eignen sich reibungsarme Zylinder besonders für Anwendungen, die eine feinfühlige pneumatische Kraftsteuerung erfordern.

3. Warum einen Mikrodruck-Pegulator mit einem reibungsarmen Zylinder kombinieren?

Der im Video gezeigte Test dient nicht nur der Demonstration des Zylinders selbst. Es demonstriert die Kombination eines elektropneumatischen ITV-Reglers und eines reibungsarmen Pneumatikzylinders.

Der elektropneumatische ITV-Regler passt den Luftdruck kontinuierlich entsprechend einem elektrischen Eingangssignal an. Der reibungsarme Luftzylinder wandelt diese kleinen Druckänderungen dann in mechanische Bewegung um.

Bei einem herkömmlichen Luftzylinder erzeugen sehr kleine Druckschwankungen möglicherweise nicht sofort eine Bewegung, da ein Teil der verfügbaren Kraft für die Überwindung der inneren Reibung aufgewendet wird. Mit einem reibungsarmen Zylinder können diese kleinen Druckänderungen effektiver in Bewegung umgesetzt werden.

In dieser Art von System:

Der elektropneumatische ITV-Regler bestimmt, wie präzise der Druck gesteuert werden kann, während der reibungsarme Zylinder bestimmt, wie effektiv diese kleinen Druckänderungen in sanfte mechanische Bewegungen umgewandelt werden.

Diese Kombination ist besonders nützlich bei Anwendungen, die eine sanfte, kontinuierliche und reaktionsschnelle pneumatische Kraftsteuerung erfordern.

4H 3 Position 5 Anschluss Mitteldruck-Handdruckventil

Zylinder mit Metalldichtung und geringer Reibung der Serie VQM

Elektro-Pneumatik-Regler der Serie ITV2090/2091

4. Typische Anwendungen von reibungsarmen Pneumatikzylindern

Reibungsarmer Zylinders sind nicht dazu gedacht, Standard-Pneumatikzylinder in jeder Anwendung zu ersetzen. Sie werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo herkömmliche Zylinder Schwierigkeiten haben, einen stabilen Betrieb bei niedrigem Druck , , niedriger Geschwindigkeit oder geringer Ausgangskraft zu erreichen.

Typische Anwendungen sind:

• Präzise Spannungskontrolle

• Ausrüstung für die Handhabung von Filmen, Papier und Bahnen

• Kontaktkraftkontrolle

• Präzisionspresssysteme

• Elektronik- und Halbleiterausrüstung

• Prüf- und Inspektionsgeräte

• Ausgleichsmechanismen

• Schwimmende Mechanismen

• Bewegung mit geringer Last und niedriger Geschwindigkeit

• Schonende Automatisierungssysteme

Diese Anwendungen profitieren von einem geringeren Losbrechwiderstand und einer sanfteren Bewegung bei niedrigen Betriebsdrücken.

5. Geringe Reibung bedeutet nicht „je niedriger der Druck, desto besser“

Der Mindestdruck, bei dem ein Pneumatikzylinder zuverlässig arbeiten kann, wird nicht allein vom Zylinder bestimmt. Die tatsächliche Leistung kann auch beeinträchtigt werden durch:

• Pneumatikzylinder Bohrungsgröße

• Externe Last

• Montageorientierung

• Querlast

• Ausrichtung

• Hub Länge

• Schlauch und Strömungswiderstand

• Einstellungen zur Geschwindigkeitsregelung

• Stabilität der Luftzufuhr

Beispielsweise kann eine übermäßige seitliche Belastung oder eine schlechte mechanische Ausrichtung den Widerstand erheblich erhöhen, selbst wenn ein Zylinder mit geringer Reibung verwendet wird.

Daher sollte die Zylinderauswahl nicht nur auf dem basieren Mindestbetriebsdruck . . Last, erforderliche Geschwindigkeit, Hub, Regelgenauigkeit, Installationsbedingungen und Kraftanforderungen sollten alle zusammen berücksichtigt werden.

Einfachwirkender FSC-Druckzylinder mit geringer Reibung Pneumatik

Luftgreiferzylinder mit niedrigem Profil der MHF-Serie

Glattes Zylinder der VSQ -Serie, niedrige Geschwindigkeit, niedrige Reibung

Abschluss

Der Hauptvorteil eines reibungsarmen Pneumatikzylinders ist nicht nur die höhere Geschwindigkeit. Sein Wert liegt darin, eine zuverlässige Bewegung in Betriebsbereichen zu ermöglichen, in denen herkömmliche Pneumatikzylinder möglicherweise Schwierigkeiten haben – insbesondere unter Bedingungen mit niedrigem Druck, niedriger Geschwindigkeit und geringer Kraft.

Der im Video gezeigte Ultra-Niederdruck-Betrieb verdeutlicht genau diese Eigenschaft.

In Kombination mit einem elektropneumatischen ITV-Regler kann ein reibungsarmer Zylinder eine empfindlichere und stabilere pneumatische Steuerungslösung für Anwendungen wie präzise Spannungssteuerung, sanften Kontakt, Ausgleich und Mikrokraftsteuerung bieten. Bei pneumatischen Systemen, die eine gleichmäßige Bewegung und eine präzise Kraftreaktion erfordern, kann die Reduzierung der inneren Reibung ebenso wichtig sein wie die genaue Steuerung des Luftdrucks.