Den Montageprozess einfach zu halten, ist immer eine clevere Art, jedes Produkt herzustellen. Eine der einfachsten Möglichkeiten, lineare oder rotierende Bewegungen während der Montage zu erreichen, ist der Einsatz pneumatischer Aktuatoren.
Carey Webster, Engineering Solutions Manager von PHD Inc., betonte: „Im Vergleich zu elektrischen und hydraulischen Antrieben sind die einfache Installation und geringere Kosten die beiden Hauptvorteile pneumatischer Antriebe.“Mit Zubehör verbundene Leitungen.“
PHD vertreibt seit 62 Jahren pneumatische Aktuatoren und sein größter Kundenstamm sind Automobilhersteller. Weitere Kunden kommen aus der Haushaltsgeräte-, Medizin-, Halbleiter-, Verpackungs- sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie.
Laut Webster sind etwa 25 % der von PHD hergestellten pneumatischen Aktuatoren Sonderanfertigungen. Vor vier Jahren entwickelte das Unternehmen einen kundenspezifischen Aktuator, der als pneumatischer Aufnahmekopf mit fester Steigung für Hersteller medizinischer Montagemaschinen verwendet werden kann.
„Die Funktion dieses Kopfes besteht darin, mehrere Teile schnell und genau auszuwählen, zu platzieren und sie dann zum Transport in einen Behälter zu legen“, erklärte Webster. „Der Aufnahmekopf ist auf der Basis der Teileherstellungsmaschine montiert.Je nach Größe des Teils kann der Abstand der Teile von 10 mm auf 30 mm verändert werden.“
Das Bewegen von Objekten von Punkt zu Punkt mit starker Kraft ist eine der Spezialitäten pneumatischer Aktuatoren, weshalb sie fast ein Jahrhundert nach ihrer Einführung immer noch die erste Wahl für Maschinenbewegungen an Fließbändern sind. Pneumatische Aktuatoren sind auch für ihre Haltbarkeit und Kosten bekannt -Wirksamkeit und Überlasttoleranz. Mithilfe der neuesten Sensortechnologie können Ingenieure jetzt die Aktuatorleistung optimieren und sie in jede Plattform für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) integrieren.
In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts basierten pneumatische Aktuatoren in der Fertigung auf einfach wirkenden Zylindern, die eine lineare Kraft erzeugten. Wenn der Druck auf einer Seite zunimmt, bewegt sich der Zylinder entlang der Kolbenachse und erzeugt eine lineare Kraft die Federkraft wird auf die andere Seite des Kolbens übertragen, der Kolben kehrt in seine ursprüngliche Position zurück.
Kurt Stoll, Mitbegründer der Festo AG & Co., entwickelte 1955 in Zusammenarbeit mit Mitarbeiteringenieuren die erste Zylinderserie Europas, den einfachwirkenden AH-Typ. Laut Produktmanager Michael Guelker wurden diese Zylinder in die eingeführt Markt im folgenden Jahr.Pneumatische Aktuatoren von Festo Corp. und Fabco-Air.
Bald darauf wurden irreparable Zylinder mit kleiner Bohrung und pneumatische Pancake-Antriebe sowie solche, die Rotationskräfte erzeugen, auf den Markt gebracht. Bevor Charlie Bimba 1957 Bimba Manufacturing gründete, stellte er in seiner Garage in Moni, Illinois, den ersten irreparablen Zylinder her. Dieser Zylinder ist jetzt Der sogenannte irreparable Zylinder der Original Line ist zum Flaggschiffprodukt von Bimba geworden und bleibt es auch weiterhin.
„Damals war der einzige pneumatische Aktuator auf dem Markt etwas umständlich und relativ teuer“, sagte Sarah Manuel, Produktmanagerin für pneumatische Aktuatoren bei Bimba. „Irreparable hat einen universellen runden Körper, der billiger ist, die gleiche Lebensdauer hat und funktioniert.“ erfordern keine Wartung.Ursprünglich betrug die Verschleißlebensdauer dieser Aktuatoren 1.400 Meilen.Als wir sie 2012 modifizierten, hat sich ihre Lebensdauer auf 3.000 Meilen mehr als verdoppelt.“
PHD führte 1957 den Tom Thumb-Zylinderaktuator mit kleiner Bohrung ein. Heute wie damals verwendet der Aktuator NFPA-Standardzylinder, die von mehreren Ausrüstungslieferanten erhältlich und austauschbar sind. Er enthält auch eine Zugstangenstruktur, die ein Biegen ermöglicht. PHDs Strom Zylinderprodukte mit kleiner Bohrung bieten in den meisten Anwendungen eine hohe Leistung und können mit Doppelstangen, Hochtemperaturdichtungen und Endlagensensoren ausgestattet sein.
Der Pancake-Aktuator wurde Ende der 1950er Jahre von Alfred W. Schmidt (dem Gründer von Fabco-Air) entwickelt, um der Nachfrage nach kurzen, dünnen und kompakten Zylindern gerecht zu werden, die für enge Räume geeignet sind. Diese Zylinder verfügen über eine Kolbenstangenstruktur, die in funktioniert einfachwirkend oder doppeltwirkend.
Letzterer nutzt Druckluft, um den Ausfahrhub und den Rückzugshub anzutreiben, um die Stange hin und her zu bewegen. Durch diese Anordnung ist der doppeltwirkende Zylinder sehr gut für Druck- und Zuglasten geeignet. Zu den üblichen Anwendungen gehören Montage, Biegen, Spannen, Zuführen und Formen , Heben, Positionieren, Pressen, Bearbeiten, Stempeln, Schütteln und Sortieren.
Der runde Stellantrieb der M-Serie von Emerson verfügt über eine Kolbenstange aus Edelstahl, und die Rollgewinde an beiden Enden der Kolbenstange sorgen für eine dauerhafte Kolbenstangenverbindung. Der Stellantrieb ist kostengünstig im Betrieb und bietet eine Vielzahl von Montageoptionen und Einsatzmöglichkeiten Ölbasierte Verbindungen zur Vorschmierung, um ein breites Spektrum wartungsfreier Leistung zu erzielen.
Die Porengröße reicht von 0,3125 Zoll bis 3 Zoll. Der maximale Nennluftdruck des Aktuators beträgt 250 psi. Laut Josh Adkins, Produktexperte für Emerson Machine Automation Actuators, umfassen häufige Anwendungen das Spannen und Übertragen von Materialien von einer Montagelinie zur anderen.
Drehantriebe sind in Einzel- oder Doppelzahnstangen-, Flügelrad- und Spiralkeilverzahnungsausführung erhältlich. Diese Antriebe erfüllen zuverlässig verschiedene Funktionen wie das Zuführen und Ausrichten von Teilen, das Betreiben von Rutschen oder das Weiterleiten von Paletten auf Förderbändern.
Die Zahnstangen- und Ritzeldrehung wandelt die lineare Bewegung des Zylinders in eine Drehbewegung um und wird für Präzisions- und Hochleistungsanwendungen empfohlen. Die Zahnstange besteht aus einem Satz Stirnradzähnen, die mit dem Zylinderkolben verbunden sind. Wenn sich der Kolben bewegt, wird die Zahnstange linear gedrückt , und die Zahnstange kämmt mit den kreisförmigen Zähnen des Ritzels und zwingt es zur Drehung.
Der Klingenantrieb verwendet einen einfachen Luftmotor, um die Klinge anzutreiben, die mit der rotierenden Antriebswelle verbunden ist. Wenn erheblicher Druck auf die Kammer ausgeübt wird, dehnt sie sich aus und bewegt die Klinge durch einen Bogen von bis zu 280 Grad, bis sie auf eine feste Barriere trifft. Rückwärtsdrehung durch Umkehrung des Luftdrucks am Einlass und Auslass.
Der spiralförmige (oder verschiebbare) Keilwellen-Drehkörper besteht aus einem zylindrischen Gehäuse, einer Welle und einer Kolbenhülse. Wie das Zahnstangengetriebe basiert das Spiralgetriebe auf dem Keilwellengetriebe-Betriebskonzept, um die lineare Kolbenbewegung in Wellendrehung umzuwandeln.
Zu den weiteren Antriebsarten gehören geführte, Hemmungs-, Mehrstellungs-, stangenlose, kombinierte und professionelle Antriebsarten. Das Merkmal des geführten pneumatischen Antriebs besteht darin, dass die Führungsstange auf der Jochplatte parallel zur Kolbenstange montiert ist.
Diese Führungsstangen reduzieren Stangenverbiegungen, Kolbenverbiegungen und ungleichmäßigen Dichtungsverschleiß. Sie sorgen außerdem für Stabilität und verhindern Drehungen, während sie hohen seitlichen Belastungen standhalten. Modelle können in Standardgröße oder kompakt sein, aber im Allgemeinen handelt es sich um Hochleistungsantriebe, die Wiederholbarkeit bieten.
Franco Stephan, Marketingleiter von Emerson Machine Automation, sagte: „Hersteller wünschen sich geführte Aktuatoren für verschiedene Anwendungen, die Robustheit und Präzision erfordern.“Ein gängiges Beispiel ist die Führung des Antriebskolbens, um ihn auf einem Schiebetisch präzise hin und her zu bewegen. Geführte Antriebe reduzieren auch den Bedarf an externen Führungen in der Maschine.“
Letztes Jahr stellte Festo die DGST-Serie von pneumatischen Miniaturschlitten mit Doppelführungszylindern vor. Diese Gleitschienen gehören zu den kompaktesten Gleitschienen auf dem Markt und sind für präzise Handhabung, Pressmontage, Pick-and-Place sowie Elektronik und Licht konzipiert Montageanwendungen. Es stehen sieben Modelle zur Auswahl, mit Nutzlasten bis zu 15 Pfund und Hublängen bis zu 8 Zoll. Der wartungsfreie Doppelkolbenantrieb und die Hochleistungs-Kugelumlaufführung können eine Leistung von 34 bis 589 Newton bereitstellen einem Druck von 6 bar. Den gleichen Standard haben die Puffer- und Näherungssensoren, sie werden die Grundfläche des Schlittens nicht überschreiten.
Pneumatische Hemmungsaktuatoren eignen sich ideal zum Trennen und Freigeben einzelner Teile aus Trichtern, Förderbändern, Vibrationsförderschalen, Schienen und Magazinen. Laut Webster verfügt die Hemmung über Einzelhebel- und Doppelhebelkonfigurationen und ist für hohe seitliche Belastungen ausgelegt Dies ist in solchen Anwendungen häufig der Fall. Einige Modelle sind mit Schaltern ausgestattet, die eine einfache Verbindung mit verschiedenen elektronischen Steuergeräten ermöglichen.
Guelker wies darauf hin, dass es zwei Arten von pneumatischen Multipositionsantrieben gibt, die beide robust sind. Der erste Typ besteht aus zwei unabhängigen, aber verbundenen Zylindern mit Kolbenstangen, die sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken und an bis zu vier Positionen anhalten.
Der andere Typ zeichnet sich durch 2 bis 5 in Reihe geschaltete mehrstufige Zylinder mit unterschiedlichen Hublängen aus. Es ist nur eine Kolbenstange sichtbar, die sich in eine Richtung in verschiedene Positionen bewegt.
Kolbenstangenlose Linearaktuatoren sind pneumatische Aktuatoren, bei denen die Kraftübertragung auf den Kolben über eine Querverbindung erfolgt. Diese Verbindung erfolgt entweder mechanisch über eine Nut im Profilzylinder oder magnetisch über einen geschlossenen Profilzylinder. Einige Modelle verwenden möglicherweise sogar Zahnstange und Ritzel Systeme oder Getriebe zur Kraftübertragung.
Ein Vorteil dieser Aktuatoren besteht darin, dass sie viel weniger Einbauraum benötigen als vergleichbare Kolbenstangenzylinder. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Aktuator die Last über die gesamte Hublänge des Zylinders führen und unterstützen kann, was ihn zu einer intelligenten Wahl für Anwendungen mit längerem Hub macht.
Der kombinierte Aktuator bietet lineare Bewegung und begrenzte Drehung und umfasst Vorrichtungen und Vorrichtungen. Der Spannzylinder klemmt das Werkstück direkt über das pneumatische Spannelement oder automatisch und wiederholt über den Bewegungsmechanismus.
Im inaktiven Zustand hebt sich das Spannelement und schwenkt aus dem Arbeitsbereich. Sobald das neue Werkstück positioniert ist, wird es mit Druck beaufschlagt und wieder zusammengefügt. Durch die Kinematik kann eine sehr hohe Haltekraft bei geringem Energieaufwand erreicht werden.
Pneumatische Klemmen klemmen, positionieren und bewegen Teile in Parallel- oder Winkelbewegung. Ingenieure kombinieren sie häufig mit anderen pneumatischen oder elektronischen Komponenten, um ein Pick-and-Place-System zu bauen. Halbleiterunternehmen verwenden seit langem kleine pneumatische Vorrichtungen zur Handhabung von Präzisionstransistoren und Mikrochips, während Automobilhersteller leistungsstarke große Vorrichtungen zum Bewegen ganzer Automotoren eingesetzt haben.
Die neun Vorrichtungen der Pneu-Connect-Serie von PHD sind direkt mit den Werkzeuganschlüssen des kollaborativen Roboters von Universal Robots verbunden. Alle Modelle verfügen über ein eingebautes pneumatisches Wegeventil zum Öffnen und Schließen der Vorrichtung. Die URCap-Software ermöglicht eine intuitive und einfache Vorrichtungseinrichtung.
Das Unternehmen bietet auch das Pneu-ConnectX2-Kit an, mit dem zwei pneumatische Spanner verbunden werden können, um die Anwendungsflexibilität zu erhöhen. Diese Kits umfassen zwei GRH-Greifer (mit analogen Sensoren, die eine Rückmeldung der Backenposition liefern), zwei GRT-Greifer oder einen GRT-Greifer und einen GRH-Greifer. Jedes Kit umfasst die Freedrive-Funktionalität, die zur einfachen Positionierung und Programmierung mit einem kollaborativen Roboter verbunden werden kann.
Wenn Standardzylinder eine oder mehrere Aufgaben für eine bestimmte Anwendung nicht erfüllen können, sollten Endbenutzer die Verwendung spezieller Zylinder wie Laststopp- und Sinuszylinder in Betracht ziehen. Der Laststoppzylinder ist normalerweise mit einem hydraulischen Industriestoßdämpfer ausgestattet, der zum Stoppen des Getriebes verwendet wird Belasten Sie sanft und ohne Rückprall. Diese Zylinder sind für den vertikalen und horizontalen Einbau geeignet.
Im Vergleich zu herkömmlichen Pneumatikzylindern können Sinuszylinder die Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung der Zylinder zum Transport von Präzisionsobjekten besser steuern. Diese Steuerung ist auf die zwei Rillen an jedem Pufferspeer zurückzuführen, was zu einer allmählicheren anfänglichen Beschleunigung oder Verzögerung führt und a sanfter Übergang zum Vollgeschwindigkeitsbetrieb.
Hersteller verwenden zunehmend Positionsschalter und Sensoren, um die Leistung von Stellantrieben genauer zu überwachen. Durch die Installation eines Positionsschalters kann das Steuerungssystem so konfiguriert werden, dass es eine Warnung auslöst, wenn der Zylinder nicht wie erwartet die programmierte ausgefahrene oder eingefahrene Position erreicht.
Über zusätzliche Schalter lässt sich ermitteln, wann der Antrieb die Zwischenposition erreicht und wie lange jede Bewegung nominell ausgeführt werden soll. Diese Informationen können den Bediener über einen drohenden Ausfall informieren, bevor es zu einem Komplettausfall kommt.
Der Positionssensor bestätigt, dass die Position des ersten Aktionsschritts abgeschlossen ist, und geht dann zum zweiten Schritt über. Dies gewährleistet eine kontinuierliche Funktionalität, auch wenn sich die Leistung und Geschwindigkeit der Ausrüstung im Laufe der Zeit ändern.
„Wir stellen Sensorfunktionen für Aktuatoren bereit, um Unternehmen bei der Implementierung von IIoT in ihren Fabriken zu unterstützen“, sagte Adkins. „Endbenutzer haben jetzt Zugriff auf wichtige Daten, um den Aktuator besser zu überwachen und seine Leistung zu optimieren.“Diese Daten reichen von Geschwindigkeit und Beschleunigung bis hin zu Positionsgenauigkeit, Zykluszeit und zurückgelegter Gesamtstrecke.Letzteres hilft dem Unternehmen, die verbleibende Dichtungslebensdauer des Aktuators besser zu bestimmen.“
Die magnetischen Näherungssensoren ST4 und ST6 von Emerson lassen sich problemlos in verschiedene pneumatische Aktuatoren integrieren. Das kompakte Design des Sensors ermöglicht den Einsatz in engen Räumen und eingebetteten Installationen. Das robuste Gehäuse ist Standard und verfügt über LEDs zur Anzeige des Ausgangsstatus.
Die IntelliSense-Technologieplattform von Bimba kombiniert Sensoren, Zylinder und Software, um Echtzeit-Leistungsdaten für seine Standard-Pneumatikausrüstung bereitzustellen. Diese Daten ermöglichen eine genaue Überwachung einzelner Komponenten und bieten Benutzern die Einblicke, die sie benötigen, um von Notfallreparaturen zu proaktiven Upgrades überzugehen.
Jeremy King, Produktmanager der Bimba-Sensortechnologie, sagte, dass die Intelligenz der Plattform im Remote Sensor Interface Module (SIM) liege, das über pneumatisches Zubehör einfach mit dem Zylinder verbunden werden könne. SIM verwendet Sensorpaare zum Senden von Daten (einschließlich Zylinder). Bedingungen, Reisezeit, Ende der Reise, Druck und Temperatur) an die SPS zur Frühwarnung und Steuerung. Gleichzeitig sendet die SIM-Karte Echtzeitinformationen an den PC oder das IntelliSense-Datengateway. Letzteres ermöglicht Managern den Fernzugriff auf Daten zur Analyse.
Guelker sagte, dass die VTEM-Plattform von Festo Endbenutzern bei der Implementierung von IIoT-basierten Systemen helfen kann. Die modulare und rekonfigurierbare Plattform ist für Unternehmen konzipiert, die kleine Chargen und Produkte mit kurzem Lebenszyklus herstellen. Sie bietet außerdem eine hohe Maschinenauslastung, Energieeffizienz und Flexibilität.
Die digitalen Ventile in der Plattform ändern ihre Funktionen auf der Grundlage verschiedener Kombinationen herunterladbarer Bewegungsanwendungen. Zu den weiteren Komponenten gehören integrierte Prozessoren, Ethernet-Kommunikation, elektrische Eingänge zur schnellen Steuerung spezifischer analoger und digitaler Anwendungen sowie integrierte Druck- und Temperatursensoren zur Datenanalyse.
Jim ist leitender Redakteur bei ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung als Redakteur. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Dezember 2021