So funktioniert ein Pneumatikzylinder

Druckluft wird Bewegung

Pneumatikzylinder sind die verbreitetsten Antriebe der Automatisierungstechnik. Sie wandeln die Energie der Druckluft in eine geradlinige Bewegung um: Sie schieben, heben, spannen und drücken, in Vorrichtungen, an Werkzeugmaschinen und in Zuführ- und Handhabungsgeräten. In diesem Ratgeber erklären wir Ihnen, wie ein Pneumatikzylinder aufgebaut ist, wie er arbeitet, wie Sie ihn steuern und welche Kraft Sie erwarten können.

Aufbau eines Pneumatikzylinders

• Zylinderrohr: Es bildet den Druckraum und führt den Kolben.
• Kolben mit Dichtungen: Er trennt die beiden Druckräume, auf seine Fläche wirkt die Druckluft.
• Kolbenstange: Sie leitet die Bewegung nach außen an die anzutreibende Baugruppe weiter.
• Endkappen: Sie verschließen das Rohr, tragen die Druckluftanschlüsse und lagern die Kolbenstange.
• Druckluftanschlüsse: Über sie wird Luft in den Zylinder geleitet und wieder abgelassen.

Je nach Bauart kommen eine Endlagendämpfung hinzu, die den Kolben kurz vor dem Anschlag abbremst, und ein Magnet im Kolben, über den Zylinderschalter die Endlagen erfassen.

So arbeitet ein Pneumatikzylinder

Strömt Druckluft in einen der beiden Druckräume, drückt sie auf den Kolben und bewegt ihn. Die Luft auf der anderen Seite wird dabei über den zweiten Anschluss abgelassen. Man unterscheidet zwei Bauarten:

1. Einfachwirkender Zylinder: Er hat nur einen Arbeitsanschluss. Die Druckluft bewegt den Kolben in eine Richtung, eine Feder holt ihn zurück. Ein Teil der Kraft geht dabei an die Feder verloren, und in Rückrichtung wirkt nur die Federkraft.
2. Doppeltwirkender Zylinder: Er hat zwei Anschlüsse, jeweils einen auf jeder Seite des Kolbens. Die Druckluft fährt die Kolbenstange aus und aktiv wieder ein. So haben Sie in beiden Richtungen eine definierte Kraft und keine Rückstellfeder, die Hub und Kraft begrenzt.

Welche Kraft ein Zylinder erzeugt

Die Kraft ergibt sich aus Druck mal Kolbenfläche. Ein Bar wirkt mit 10 Newton auf jeden Quadratzentimeter. Ein Zylinder mit 16 mm Kolbendurchmesser hat rund 2 cm² Kolbenfläche und schiebt bei 6 bar also theoretisch mit etwa 120 N. Das sind Richtwerte:

• Reibung in den Dichtungen kostet einen Teil der Kraft, rechnen Sie mit Reserve.
• Beim Einfahren ist die Kraft kleiner, weil die Kolbenstange einen Teil der Fläche belegt.
• Ein doppelter Kolbendurchmesser bringt die vierfache Fläche und damit die vierfache Kraft.

Steuerung und Regelung

• Wegeventile: Sie geben die Luft auf den einen oder anderen Anschluss und lassen sie auf der Gegenseite ab. Ein 3/2-Wegeventil reicht für einen einfachwirkenden Zylinder, ein doppeltwirkender braucht ein 5/2-Wegeventil oder zwei 3/2-Wegeventile.
• Drosselrückschlagventile: Sie bestimmen die Geschwindigkeit. Bei doppeltwirkenden Zylindern wird meist die Abluft gedrosselt, das ergibt eine ruhigere Bewegung.
• Druckminderer: Mit dem Druck stellen Sie die Kraft ein, etwa für eine Spannvorrichtung, die das Werkstück nicht verformen soll.
• Zylinderschalter: Sie melden die Endlagen an die Steuerung.

Anwendungen

• Automatisierung: Zuführen, Spannen, Schließen, Positionieren in Endlagen
• Maschinenbau: Bewegungen an Werkzeugmaschinen und Vorrichtungen
• Elektronikfertigung: Handhabungs- und Prüfeinrichtungen
• Verpackung: Ausschieben, Sortieren und Weiterleiten von Teilen

Vor- und Nachteile

• Schnell und robust, auch bei hohen Taktzahlen
• Einfacher Aufbau, wenig Wartung
• Unempfindlich gegen Überlast, ein blockierter Zylinder bleibt einfach stehen
• Druckluft ist in vielen Werkstätten ohnehin vorhanden

• Kleinere Kräfte als hydraulische Zylinder
• Luft ist kompressibel, Zwischenpositionen lassen sich nur schwer genau anfahren
• Druckluft zu erzeugen kostet vergleichsweise viel Energie
• Die Abluft ist laut, ein Schalldämpfer hilft

Wartung und Pflege

• Saubere Luft: Betreiben Sie den Zylinder mit gefilterter Druckluft, Schmutz und Kondensat verschleißen die Dichtungen.
• Schmierung: Viele Zylinder sind ab Werk dauergeschmiert. Haben Sie einmal mit geölter Luft gearbeitet, bleiben Sie dabei, denn das Öl wäscht die Grundschmierung aus.
• Kolbenstange: Halten Sie sie sauber und frei von Kratzern, sonst leidet die Abstreifdichtung.
• Dichtheit: Zischt es in einer Endlage, ist meist eine Dichtung verschlissen.