PNEUMATIKA ALKALMAZÁSA A GÉPGYÁRTÁSBAN ÉS A GYÁRTÁSAUTOMATIZÁLÁSBAN Készüléktervezés - Szerelés

Átírás

1 PNEUMATIKA ALKALMAZÁSA A GÉPGYÁRTÁSBAN ÉS A GYÁRTÁSAUTOMATIZÁLÁSBAN Készüléktervezés - Szerelés Oktatási segédanyag Dr. Alpek Ferenc okl. gépész- és okl. villamosmérnök tud. főmunkatárs, honorary professor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gyártástudomány és -technológia Tanszék

2 1. BEVEZETÉS Ebben az anyagban a pneumatika egyszerűbb alkalmazási eseteinek megismerésére és az ilyen típusú feladatok megoldására kívánunk ismereteket átadni. Nem célunk pneumatikus szakemberek képzése. Mért fontos a pneumatika alkalmazása a gépgyártásban, a gyártásautomatizálásban és a Mechatronikában? Számtalan egyszerűbb és összetettebb szorítási, anyagmozgatási és vezérlési feladat oldható meg pneumatikus energiával. A legtöbb gyártással és gyártásautomatizálással, valamint gyártásfejlesztéssel foglalkozó cégnél, így a BME Gyártástudomány és technológia Tanszéken is, van nagynyomású (6 bar) levegőhálózat. A pneumatika alkalmazása részben olcsóbb és egyszerűbb, mint a hidraulika vagy a villamos energiával dolgozó végrehajtó, munkavégző eszközök használata. A pneumatika korszerű vezérléssel (PLC) párosítva bonyolult automatizálási feladatok megoldására képes. Természetesen vannak feladatok, melyek egyáltalán nem vagy rentábilisan nem oldhatók meg pneumatikával. Nem feladatunk, tehát nem foglalkozunk a sűrített levegő előállításával, tárolásával és a munkahelyre juttatásával. Az irodalomban számtalan szerző foglalkozik evvel [1]. Feltételezzük, hogy rendelkezésünkre áll a sűrített levegő a szabványos, névleges nyomással (6 bar) és megfelelő mennyiségben. A gyártásautomatizálásban a nagynyomású (6 bar) pneumatika alkalmazásával megoldható főbb műveletek, területek a következők: helyező és rögzítő szorítás különböző készülékekben, szerszámváltás CNC szerszámgépeken, mechanikus robotperifériák (megfogók, szerszámok, szerszám- és megfogócserélők, stb.) működtetése, speciális, feladatorientált alkalmazások. Alkalmazási korlátok közül a kifejthető kis erők (6 bar nyomásnál) tűnnek elsődlegesnek. Bár előfordulnak szélsőséges esetek is: a tanszéki FANUC 3M hengerkoordinátás robot pneumatikus megfogója 80 kg-ot képes emelni (1. ábra). A roboton egyetlen pneumatikusan működtetett elem van: ez a robotmegfogó. A robotmegfogó 2-2 szemközti szorító pofáját külön-külön vezérlik, így akár tárcsajellegű, akár prizmatikus (hasábalakú) munkadarabok is megfoghatók. A megfogó szerkezet szimmetria tengelyében egy kilökő-betoló pneumatikus elem helyezkedik el. Ennek mozgatása külön vezérelhető.

3 Megfogó pofák Betoló-kilökő henger 1. ábra. FANUC 3M hengerkoordinátás robot pneumatikus megfogó-szerkezete A legtöbb alkalmazás esetén N kifejthető erő bőven elegendő N-nál nagyobb erők (viszonylag kis átmérőjű Ø mm) hidropneumatikus hengerekkel fejthetők ki. Az ilyen elemek bemeneti mennyisége 6 bar nyomású levegő. Igen nagy kifejtendő erők esetén hidraulikus vagy villamos energiát lehet használni. 2. Fontosabb pneumatikus elemek és speciális műveletek A sűrített levegő által végzett munka speciális elemeket igényel. A főbb elemek a következők: Levegő előkészítő egységek, Léghengerek (alap és speciális hengerek), Út irány szelepek, Mennyiségszabályozó szelepek, Speciális elemek (nyomáskapcsolók, időkésleltetett szelepek, szervoszelepek, pneumatikus csúszógyűrű, csatlakozó elemek és tömlők, stb.) A gyakorlatban szükség lehet a következő speciális műveletek elvégzésére is, éspedig sebességszabályozás, időkésleltetés, nyomásmonitoring, jelenlétérzékelés.

4 A főbb elemek rövid bemutatása után a speciális műveletek ismertetésére is rátérünk. 3. Levegő-előkészítő egységek Feladatuk a szükséges nyomás beállítása (szabályozása) és stabilizálása, a nyomás kijelzése, a keletkező kondenzvíz elvezetése és a mozgó elemek (dugattyúk és tolattyúk) olajkenése. A fentieknek megfelelően egy levegő előkészítő egység a következő főbb elemekből áll: nyomásszabályozó, nyomásstabilizáló nyomásmérő, Be Ki kondenzvíz leválasztó, olajozó (porlasztás olajköddel) 2. ábra. Levegő előkészítő egység A nyomásszabályozó pneu-mechanikus negatívan visszacsatolt szabályozó, melynek központi eleme egy rugóval előfeszített gumimembrán. A rugó előfeszítése változtatható. A membrán rugóval ellentétes oldalán a bemeneti levegő nyomása hat (3. ábra).

5 Be Ki 3. ábra. Vázlat a levegő előkészítő egység működésének ismertetésére A 2. számú kimenethez csatlakozó munkatérben a nyomás a membrán alsó részére hat. Ha a nyomás által kifejtett erő nagyobb a rugó erőnél, akkor az elem alsó részén található szelep bezár, nincs sűrített levegő beáramlás (bal oldali ábra). Ha a 2. számú kimenethez tartozó munkatérben levegőfogyasztás (munkavégzés) történik, csökken a membránra ható nyomás és bekövetkezik az az eset, hogy a rugó erő nagyobb lesz, mint a membránt emelő erő. Ekkor a szeleptányér lefelé mozdul, kinyílik a szelep és sűrített levegő áramlik be a munkatérbe. Ott növekszik a nyomás. Ennek eredményeként a nyomás olyan értékre nő, hogy a szelep újra bezár, és minden kezdődik elölről. A szelep nyitásának gyakorisága a levegőfogyasztás mennyiségétől függ. A nyitás-zárás folyamán 0,1-0,2 bar nyomásingadozáson belül állandó a 2. sz. térben a nyomás. A nyomásszabályozó rugóerejének változtatásával különböző nyomásértékek állíthatók be: Természetesen nem lehet az érkező levegő tápnyomás értékénél nagyobb nyomást beállítani. A nyomásmérő (manométer) tájékoztató értéket ad a munkatér nyomásáról. A gyártásautomatizálásban pl. nyúlásmérőbélyeges nyomásszenzorral helyettesíthető. Olcsóbb megoldást kínál a kívánt nyomásérték nyomáskapcsolóval végzett monitoringja (határérték szabályozás: meg van-e a kívánt érték? Ha nincs, akkor vészjelzés vagy rendszer leállítás). Indításkor pedig addig nem engedi indítani a rendszert, míg az előírt minimális nyomás nem alakul ki (pneu-elektromos kapcsolóként működik). A kondenzvíz leválasztás nyomásmentes állapotban a leeresztő csavar nyitásával oldható meg. A gyártó egy szintjelző max. jelű mutatóvonallal jelzi a még megengedhető vízszintet. A maximálisnál nagyobb vízmennyiség esetén a sűrített levegő a szekunder térbe viszi a felesleges vizet, mely korróziót okozhat illetve a benne

6 lévő rozsda, vízkő tömítetlenséget vagy/és a finoman megmunkált felületek (dugattyú és tolattyú) mechanikus sérülését okozhatják. Az olajozó egységbe speciális, a gyártó által javasolt olajt szabad csak tölteni. A levegő által időegység alatt szállított olajköd mennyisége egy tűszelep csavarjának állításával szabályozható. További részletek az mellékelt irodalomban találhatók. 4. Végrehajtó, munkavégző elemek Pneumatikus (valamint hidraulikus) rendszerekben a hengerek végzik a mechanikai munkát (szorítás, emelés, stb.). Alapvetően kétféle működésű léghenger létezik: 1. Egyszeres működésű (monostabil) léghengerek, 2. Kettős működésű (bistabil) léghengerek (4. ábra) Be/Ki 1 Be/Ki 1 Be/Ki 2 4. ábra. Egyszeres és kettős működésű léghengerek vázlata Egyszeres működésű léghengernek csak egy pneumatikus bemenete van (visszatérítéskor ez a kimenet = kipufogó nyílás). A bemenetre, a henger pozitív kamrájába, érkező táplevegő hatására a dugattyú a hengerben a rugó ellenében jobbra mozdul el. (Ezalatt a rugókamrából a levegőt ki kell engedni. Erre a célra egy kis átmérőjű furat szolgál). Ha a táplevegőt elvesszük a henger bemenetéről a rugó balra, alaphelyzetbe tolja vissza a dugattyút, feltéve, hogy a pozitív kamrából a fáradt levegő ki tud pufogni. Ez a pozíció az egyetlen stabil helyzete a dugattyúnak (monostabil henger).

7 Kettős működésű hengerek 2 bemenettel, 2 csatlakozó nyílással rendelkeznek. Rugót nem tartalmaznak (bistabil = két stabil pozíciójú hengerek). Működés közben váltakozva az egyik nyílás a bemenet és a másik a kimenet és fordítva. Részletezve: Ha a baloldali bemenetre (pozitív kamrára) érkezik a táplevegő (és a jobboldali nyíláson ki tud pufogni a fáradt levegő), akkor jobbra mozdul el, és véghelyzetre jár a dugattyú. Fordított helyzetbe balra mozdul el a dugattyú. Ha a táplálást megszüntetem a dugattyú abban a véghelyzetben marad, ahová járattuk (bistabil = két stabil helyzetű henger). Az ipari alkalmazásban a fent bemutatott egyszeres és kettős működésű hengereknek igen széles választéka kapható a kereskedelemben, ami a geometriai méreteket, felfogási módot, csatlakozási lehetőségeket illeti. Különleges igények kielégítésére speciális hengereket fejlesztettek ki, éspedig léteznek 1. Membrán hengerek, 2. Átmenő dugattyúrudas hengerek, 3. Forgató hengerek, 4. Forgatóművek, 5. Hidropneumatikus (nyomásfokozó) hengerek, 6. Teleszkópos hengerek, 7. Tömlő hengerek, 8. Egyéb feladatorientált hengerek, aktuátorok. Membránhengerek Vannak esetek, ahol nagyobb erő kifejtése szükséges, de kisebb szorító löket is megfelel. Ekkor nagyobb átmérőjű speciális hengert, az ú.n. Membrán hengert lehet használni. Ehhez azonban nagyobb férőhely is szükséges (5. ábra). A membránhengerek egyszeres működésű (monostabil) hengerek, melyek zömmel gumi-membránnal rendelkeznek. Egy levegő bemenetük van. Löketük néhány mm és néhány 10 mm között van.

8 Membránhenger 5. ábra. Membránhengeres prés Átmenő dugyattúrudas hengerek Ha a dugattyúrudat mind a baloldali, mind a jobboldali hengerfedélen kivezették, azaz a dugattyúnak jobb és baloldalán is van dugattyúrúdja, akkor átmenő dugattyúrudas hengerünk van. Általában kettős működésű léghengerek (6. ábra). Speciális alkalmazási területei lehetnek. Be 1 Be 2 6. ábra. Átmenő dugattyúrudas hengerek

9 Forgómozgást megvalósító végrehajtó szervek Számtalan estben kell forgómozgást létrehozni pneumatikával. A kereskedelemben forgatóhengerek, forgatóművek és pneumatikus motorok kaphatók ilyen célra. Kisebb, 360 -nál kisebb elfordulásokra szolgál a forgatóhenger és a forgatómű. A forgatóhengerben a dugattyúrúd lineáris elmozdulását fogasléc-fogaskerék áttételen keresztül alakítják forgómozgássá (7. ábra), de létezik forgattyútengelyes változat is. 7. ábra. Forgatóhengerek működési vázlata (fenn) és forgatóhenger a gyakorlatban Kettős működésű hengerek. Alkalmazás során asztal (aggyal, retesszel ellátva) szerelhető fel rá. Erre bármilyen pneumatikus készülék felhelyezhető. Az asztalra a levegő pneumatikus csúszógyűrűvel vihető fel. Fordítási tartomány: 0-90, és lehet általában.

10 Forgatóművek szárnylapátos kialakításúak. Kettős működésűek általában (8. és 9. ábra). Elfordulási tartományuk: 0-90 ; ; Kimenőtengelyükre retesszel felfogó tárcsa, fogaskerék, stb. szerelhető. 8. ábra. Forgatómű működési elve 9. ábra. Forgatómű a gyakorlatban 10. ábra. Párhuzamos pofamozgású robotmegfogó, pofamozgatás pneumatikus forgatómű fogaskerék - fogasléc áttételen keresztül Pneumatikus motorok felépítésének taglalása nem tartozik a tárgy feladatai közé. Alkalmazástechnikai példák közül a pneumatikus fúró-előtoló egységet és a

11 pneumatikus csavarozó berendezéseket említenénk (11. ábra). Ezek az eszközök percenként több teljes fordulat megtételére alkalmasak, ugyanúgy, mint a villamosmotorok. Pneumatikus csavarozók 11. ábra. Pneumatikus csavarozók robotos szerelés közben Hidropneumatikus (nyomásfokozó) hengerek Pneumatika alkalmazásánál gondot okozhat a kifejthető viszonylag kis erő (6 bar). Nem minden esetben járható a dugattyú átmérőjének növelése! MEGOLDÁS: Hidro-pneumatikus nyomásfokozó (12. ábra) alkalmazása. Ez az elem egy speciális henger, melyben pneumatikus-hidraulikus áttétel segítségével növelhető a nyomóerő. Ennek a speciális hengernek egy pneumatikus bemenete van (monostabil működésű henger). A gyárilag beépített áttétel segítségével a nyomásfokozó közel 1 nagyság-renddel nagyobb erő kifejtésére alkalmas, mint az ugyanolyan átmérőjű hagyományos léghenger. Például: 6-bar tápnyomásnál D = 50 mm-nél az elérhető erő N (Leibfried GmbH). Ennek ára van : kis szorító löketek valósíthatók meg: Ø mm. Hidropneumatikus nyomásfokozó 12. ábra. Hidropneumatikus nyomásfokozó felfogóelemmel Többféle nyomásfokozó és felfogóelem kapható, melyek segítségével az igények (szorító erő és löket) teljesíthetők. Az erőátadásra nyomóbetétek és különböző szorítóvasak használhatók.

12 Teleszkópos és tömlőhengereket a gyártási készülékekben alig használnak. Az előbbiek igen nagy lökettel és kisebb szorítóerővel, míg a tömlő hengerek nagy szorítóerővel és igen kis lökettel rendelkeznek. Egyéb feladatorientált hengerek, aktuátorok 13. ábra. Venturi szelep és szívókorong Pneumatikus energiával (6 bar) működtetett vákuumszorítású elemek is léteznek. Egy ejektor (Venturi torokfúvókás szelep) 6 bar-nál a mellékágban 0,5-0,6 bar vákuumot képes előállítani. A főágban áramló 6 bar-os levegő a mellékágból kiszívja a levegőt (13. ábra) Különböző átmérőjű szívókorongok kaphatók a kereskedelemben. A szívóhatás csak üreg nélküli és kis felületi érdességű darabok esetén hatásos. Számtalan helyen használható, főleg nagyobb síkfelületű darabok robotos mozgatásában, stb. (14. ábra) 14. ábra. Vákuumos szorítás autóbusz hátsólámpa szerelő készülékben Az autóbusz lámpaaljzat csavarozó készüléknek csavarozás során a függőleges buszhátfalra kell tapadnia, míg a robot csavaroz. 1-1 gumiszívókorong tartja helyzetben a készüléket levegő betáplálás nélkül (visszacsapó szeleppel bezárt vákuum). Venturi szelep és szívókorong A léghengerek megfelelő működtetésére a táplevegőt adott időben és adott ideig a léghenger bemenetére kell vezetni, és biztosítani kell a fáradt levegő kipufogását, a szelep leszellőzését. Erre a célra szolgálnak az út irány szelepek.

13 5. Út irány szelepek Az egyszeres és kettős működésű léghengerek levegővel való ellátását végzik az út irány szelepek. Két alaptípusuk van. Az egyik típus az egyszeres működésű, míg a másik típus a kettős működésű hengerek levegőellátását biztosítja. Egyszeres működésű hengerek vezérlésére a kétutú vagy 3/2-es útszelepek szolgálnak. A kettős működésű hengerek vezérlésére pedig a négyutú vagy 5/34-es útszelepek alkalmasak. Egyszeres működésű hengerek (monostabil hengerek) esetén a henger előre járatásakor a bemenetre kell vezetni a táplevegőt, míg visszajáratáskor bemenetet kipufogó ágra kell kötni. Ehhez a két művelethez kettő irányra, két levegő útra van szükség. Ezért nevezik ezt a szeleptípust kétutú szelepnek (15.; 16. és 17. ábrák). A 3/2-es megnevezés azt jelenti, hogy az ilyen szelepen 3 furat (csatlakozó csonk) van, (melyeket rendre 1-es, 2-es és 3-as számmal jelölnek), ez kétféle irányú levegőáramlást valósít meg: 1 2 irány: előre járatás és 2 3 irány: viss zajáratás (kipufogás). A táplevegőt mindig az 1-es csonkra kötjük, a 2-es csonkról kerül a működtető levegő a henger bemenetére (előre járatás). Visszajáratáskor a fáradt levegő a 2-es csonkról a 3- as csonkon keresztül távozik a szabadba ( leszellőzik a kamra). 15. ábra. Kézi működtetésű kétutú 16. ábra. Kétutú monostabil mágnesszelep bistabil szelep

14 Hengerhez ábra. Kétutú pneumatikus távvezérlésű monostabil szelep A 12 jelű szervó-bemenetre érkező vezérlő levegő tolja el rugó ellenében a tolattyút, így a táplevegő az 21 irányban a monostabil henger bemenetére jut. Ha a 12 jelű csonkról lekapcsoljuk a vezérlő levegőt, a szelepben lévő rugó a tolattyút alaphelyzetbe viszi és a léghengerből a fáradt levegő a szelep 2 3 csonkjain távozik. Kettős működésű hengerek (bistabil hengerek) esetén előre járatásnál (dugattyúrúd kimegy a hengerből) a pozitív kamra bemenetére jut a táplevegő, míg a negatív kamrából a kipufogó ágon keresztül távozik a fáradt levegő ( leszellőzik a kamra). Ehhez a művelethez kettő levegő-irány szükséges. Visszajáratáskor (dugattyúrúd visszajár a hengerbe) a negatív kamrára jut a táplevegő, míg a pozitív kamrából a másik kipufogó ágon távozik a fáradt levegő. Ehhez a művelethez további kettő levegő-irány szükséges különböző levegőirány vagy út alapján hívják a szelepet négyutú szelepnek. Az 5/4-es megnevezés azt jelenti, hogy a szelepen 5 furat (csatlakozó csonk) van, (melyeket rendre 1-es, 2-es, 3-as, 4-es és 5-ös számmal jelölnek), ez négy különböző levegőáramlási irányt jelent. Ebből 2-2 irány szigorúan csak párban fordulhat elő (18. ábra): Dugattyú előre járatás: 1 2 irány: táplevegő; 4 5 irány: kipufogás, leszellőzés Dugattyú visszajáratás: 1 4 irány: táplevegő; 2 3 irány:kipufogás, leszellőzés Tolattyú Tolattyú mozgatás 18. ábra. Vázlat négyutú szelepek működésének ismertetéséhez A szelepeken a különböző utak, irányok kapcsolását a szelep belsejében elmozduló, speciális kialakítású tolattyúk végzik. Elmozdulásuk a szelep méretétől függően néhány

15 mm-től mm-ig mozdul el. A sűrített levegő által szállított olajköd keni a dugattyúk mellett a tolattyúkat is. A fenti szelepek működtetése történhet: Kézzel, Pneumatikus távvezérléssel, Villamos vezérléssel (mágnes szelepek). A szelepek működésüket tekintve lehetnek monostabil és bistabil működésűek. A monostabil szelepben a tolattyút rugó téríti vissza alaphelyzetébe, míg bistabil szelepek esetén a működtető energia téríti azt vissza. A bistabil kétutú szelepek zömmel kézi működtetésűek, míg a kétutú mágnesszelepek mindig monostabil üzemmódban működnek (15.; 16.; 17. ábra). A négyutú szelepek esetén mind monostabil, mind bistabil (kézi, mágnes és pneumatikusan távvezérelt) szelepek léteznek (19. és 20. ábra). Rugóház Nyomógomb 19. ábra. Kézi működtetésű monostabil, 4-utú szelep A 19. ábrán látható szelep nyomógombbal működtethető, alaphelyzetbe rugó téríti vissza (monostabil szelep). Létezik monostabil mágnesszelep is (1 mágnessel, rugós visszatértéssel). Bistabil mágnesszelepek két mágnessel, visszatérítő rugó nélkül készülnek (20. ábra). Mágnesek cserélhetők, így a szelepek bármilyen V/AC-DC üzemmódban is vezérelhetők.

16 Mágnesek 6. Mennyiségszabályozó szelepek 20. ábra. Bistabil 4-utú mágnesszelep Szerepük az átáramló levegő mennyiségének beállítása, szabályozása. Két alaptípusát különböztetjük meg: Folyamatos szabályozást végző szelepek, Diszkrét értékkel szabályozó szelepek. Ha az átáramló levegő mennyiségét folyamatosan kell szabályozni, akkor fojtószelepeket kell használni. A fojtószelepek az átáramló keresztmetszetet változtatják a szelepben: tűszelepek, tányéros szelepek vagy egyéb speciálisan kialakított szelepek lehetnek. A keresztmetszetet közvetve általában csavar segítségével változtatható (21. ábra). Szabályozó csavar 21. ábra. Fojtószelep és vázlat működési elvének bemutatására Ha az átáramló levegő mennyiségének szabályozása diszkrét értékkel szükséges (egyik irányban elzárják a másik irányban teljesen átengedik a levegőt) akkor visszacsapószelep lesz a szükséges elem (22. ábra).

17 22. ábra. Vázlat visszacsapó-szelep működésének bemutatásához A 22. ábra szerint a szelep Egyik irányban teljesen átenged (1 2), a másikban (2 1) teljesen lezár. A gyakorlati alkalmazásokban igen gyakran előfordul az a vezérlési eset, amikor is az egyik áramlási irányban folyamatosan kell szabályozni a levegő mennyiségét, míg a másik irányban teljesen le kell zárni a szelepet, illetve akadálytalanul át kell engedni a levegőt: ebben az esetben fojtó visszacsapó szelepet kell alkalmazni (23. ábra): 23. ábra. Vázlat a fojtó visszacsapó szelep működéséhez A felső képen az 1 2 irányban áramlik a levegő, ekkor a szelep fojtó-szelepként működik. (Ekkor a beáramló levegő a szeleptányért a szelepülékre nyomja, így a levegő csak a fojtáson tud átáramolni) A fojtás itt is szabályozható. Az alsó képen a 2 1 irányban a visszacsapó szelepként működik. (Ekkor a beáramló levegő a szeleptányért a rugó ellenében elemeli a szelepülékről, így a levegő szabadon átáramlik a szelepen). Igen kis mennyiségű levegő ekkor is áramlik a fojtáson át.

18 7. Speciális és egyéb elemek Nyomáskapcsolók előre beállított nyomásértéknél egy mikrokapcsolót (Morseérintkezőt) kapcsolnak (Elektropneumatikus jeladók). Alkalmazásokban nyomásőrként, mágnesszelepek kapcsolásában, időkésleltetésben, stb. használhatók (24. ábra). Pneumatikus bemenettel és villamos kimenettel rendelkeznek. Be Ki 24. ábra. Nyomáskapcsoló és adattáblája A 24. ábrán látható nyomáskapcsoló kapcsolási nyomása 1-10 bar között (csavar-rugó áttétel segítségével) szabályozható. Villamos jelként V AC/DC feszültséget max. 2 A áramerősség mellett képes kapcsolni. Ha nyomásőrként használjuk, akkor a rendszer bekapcsolása esetén addig nem ad készenléti jelet a vezérlésnek, míg a nyomás a beállított minimális nyomást el nem éri. Ha valamiért (üzemzavar, tömlőszakadás, áramszünet, stb.) a nyomás a beállított minimum alá süllyed, letiltja a vezérlésnél a rendszer működését. Ha más estben a nyomás nem léphet túl egy maximumot (pl. túl nagy lenne a szorító erő), akkor ennek fennállása esetén vészjelet ad(hat). Egyéb elemek A különböző pneumatikus hengerek és szelepek összekapcsolására különböző kialakítású és méretű csatlakozók és tömlők állnak rendelkezésre. A kipufogó levegő igen zajos, megoldásként hangtompító toldatokat lehet a kipufogó ágba szerelni. Ezen elemek a különböző pneumatikus cégek honlapján, katalógusaiban megtalálhatók. Gyakran szükséges forgó készülékre, körasztalra, szerszámra felvinni a sűrített levegőt. Erre szolgál a speciális pneumatikus csúszó gyűrű. Ez az elem 300 ford/perc fordulatszámig nyomásveszteség nélkül felviszi a 6 bar táplevegőt bármely forgó gépelemre, gyártóeszközre, gépre. A 25. ábrán a FESTO GmbH csúszógyűrűjét látjuk.

19 25. ábra. Pneumatikus csúszógyűrű és adattáblája A fontosabb elemek bemutatása és működésmódjuk ismertetése után ismerkedjünk meg néhány nagyon fontos, speciális vezérlési elemmel, művelettel. Éspedig Dugattyúmozgás sebességének szabályozása, Dugattyúmozgás időkésleltetése, Nyomásmonitoring, Dugattyúmozgás sebességének szabályozása A dugattyúk mozgási sebességének nagysága a végzendő művelettől függ. Ennek szabályozása az útszelepek kipufogó ágaiba kötött fojtó szelepekkel történik. A kipufogó ágak átáramló keresztmetszetének szűkítése esetén a hengerben lévő fáradt levegő, mint légrugó visszatartja a dugattyút. Ezáltal a dugattyú mozgási sebessége a kívánt értékre csökkenthető. A fojtószelep állító csavarjának forgatásával tapasztalati úton kell beállítani a kívánt sebességet. Vannak esetek, amikor a dugattyú teljes sebességgel mozoghat, ekkor a fáradt levegő fojtás nélkül áramlik ki a szabadba (ez zajos hangtompítót lehet alkalmazni) Ha a bemeneti ágba helyezem el a fojtó szelepet, akkor a dugattyú akadozó csúszással (stick-slip) rángatózva halad: a fojtás eredményeként a henger aktív kamrájában lassan emelkedik a nyomás. Ha az emelkedő nyomás eléri azt az értéket, amikor is a dugattyú felületére ható erő nagyobb lesz, mint a nyugvó súrlódási erő, ekkor a dugattyú elmozdul: expandál a levegő leesik a nyomása: a dugattyú megáll, mert a ráható erő kisebb lesz, mint a nyugvó súrlódási erő. Majd, a nyomás lassan újra eléri a kritikus értéket, és minden ismétlődik: rángatózva halad a dugattyú. Ez nem engedhető meg általában. Egyenletes sebességet csak a kipufogó ágba kötött fojtószeleppel lehet elérni.

20 A dugattyúmozgások időkésleltetése A pneumatikus rendszerekben előfordulhat egyes műveletek időbeni késleltetésének igénye. Ez részben megoldható követő vezérléssel, de gyakran a dugattyúmozgás időkésleltetését kell alkalmazni. Három fontosabb lehetséges megoldás van: PLC vezérlés esetén a késleltetés elektronikusan, programból megoldható (ennek részletezése nem feladata ennek az anyagnak), Léteznek olyan egyszerű pneumatikus vezérlési esetek, ahol PLC híján pneumatikus RC taggal és 3/2-es monostabil, pneumatikus távvezérlésű útszeleppel lehet a mozgáskésleltetést megoldani, Mágnesszelepeket, nyomáskapcsolókat, reléket alkalmazó elektropneumatikus rendszerekben pneumatikus RC taggal, nyomáskapcsolóval és 3/2-es mágnesszeleppel lehet az egyik irányú dugattyúmozgást késleltetni Időkésleltetés pneu-mechanikus rendszerekben pneumatikus RC taggal A dugattyúmozgás késleltetett indulásának a lényege az, hogy a Start jelhez képest a dugattyú mozgását vezérlő szelep ki-be-kapcsolását késleltetem. A két fő eleme a következő: R tag fojtó-visszacsapó szelep; C tag puffer térfogat (a szelepek közötti tömlők belső térfogata és mles külön légtartály). 3/2-es monostabil pneu távvezérlésű szelep Légtartály Léghengerhez szervobemenet Fojtó-visszacsapó szelep Táplevegő 26. ábra. Időkésleltetés pneumatikus RC taggal, 3/2-es pneumatikus távvezérlésű monostabil útszeleppel

21 A fojtószeleppel lehet az időkésleltetés nagyságát beállítani. Minél jobban bezárom a fojtószelepet, annál később indul meg a dugattyú mozgása. Teljesen nyitott fojtás esetén nincs időkésleltetés. Működés lényege: A fojtószelepen keresztül tápláljuk meg egy 3/2-es, monostabil, pneumatikus távvezérlésű útszelep 12 jelű szervobemenetét. A fojtás miatt az erre a bemenetre kapcsolt légtartályban és a 12 bemeneten a feltöltendő nagyobb légtér miatt a nyomás lassan éri el azt az értéket, melynek hatására a monostabil szelep rugója ellenében a szelep tolattyúja elmozdul, azaz kapcsol. A betáplálás kezdete és a szelep bekapcsolása közötti idő a késleltetési idő. Ez akár 0-60 sec is lehet. Sajnos a tápnyomás ingadozásával a késleltetési idő ingadozik. A kereskedelemben komplett időkésleltetéses szelep is kapható. Alkalmazásakor a szelep bekötése után csak a fojtó szelep csavarját kell kezelni. Ha a késleltetési idő ingadozása működési zavart, karambolt okozhat, akkor PLC vezérlést kell alkalmazni a késleltetett dugattyúmozgás megvalósítására. Időkésleltetés elektropneumatikus rendszerekben pneumatikus RC tag és nyomáskapcsoló alkalmazásával Mágnesszelepek esetén az előzőekben bemutatott RC tag a nyomás-kapcsoló pneumatikus bemenetére kapcsolva késleltetve kapcsolja a villamos jelet adó mikrokapcsolót (a működtető feszültség: 24V 220 V AC/DC). Igy a Start jeltől számítva a dugattyúmozgás kezdete késik (27. ábra.). Villamos kimenet Pneu - RC tag Nyomáskapcsoló Táplevegő 27. ábra. Elektropneumatikus időkésleltetés RC taggal és nyomáskapcsolóval

22 A fojtószeleppel és a nyomáskapcsoló kapcsolási nyomásának állításával lehet az időkésleltetés nagyságát beállítani. Minél jobban bezárom a fojtószelepet, annál később indul meg a dugattyú mozgása. Teljesen nyitott fojtás esetén nincs időkésleltetés. Ez a megoldás is érzékeny a tápnyomás ingadozására. Nyomásmonitoring pneumatikus rendszerek biztonságának növelése A tápnyomás ingadozása, váratlan nyomásesés, az előírt maximális nyomásérték túllépése károkat, balesetet, üzemzavart okozhat. A megfelelő nyomásérték felügyelete (monitoring) feltétlenül szükséges. Két megoldás létezik: Nyomásértékek határértékének figyelése nyomáskapcsolóval (lásd 7. fejezet) Nyomásértékek folyamatos felügyelete nyúlásmérőbélyeges nyomásszenzorral (lásd később: Műszer- és Méréstechnika tárgy). Összefoglalás Napjainkban a pneumatikus technikát széles körben alkalmazzák a gépgyártásban: gyártóeszközök és mechanikus robotperifériák működtetésében, mérésautomatizálásban, anyagmozgatás gépkiszolgálás (handling) területén. Az itt alkalmazott eszközökben főleg munkavégzésre, egyszerűbb esetekben vezérlésre is pneumatikát használunk. A vezérlési feladatok zömét azonban ma már elektropneumatikával és PLC-vel oldják meg. A fontosabb műveletek felügyeletére szenzorokat használnak. Az itt használt intelligens gyártóeszközök, mechanikus robotperifériák a gyártásautomatizálás legfontosabb elemei [9]. A gépgyártásban az alkalmazható pneumatikus technika alapfokú ismerete és ennek oktatása igen fontos. Az oktatásban a hallgatóság a legfontosabb felhasználói szintű alapismeretekre tesz szert. Tapasztalataink bizonyítják, hogy használható alapismeretek megszerezhetők a fenti segédanyag ismeretében néhány órás gyakorlat után [8]. Ajánlott irodalom 1. Csordás Zoltán: Pneumatikus irányítástechnika. Műszaki Könyvkiadó, Budapest Demeter György: Automatizálás pneumatikus elemekkel. Műszaki Könyvkiadó, Budapest Demeter György: A pneumatika ipari alkalmazása. Műszaki Kiadó, Budapest Demeter György; Kismarty Loránd: Pneumatikus rendszerek tervezése. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1974.

23 5. Gulyás István: Megmunkálógépek pótlólagos automatizálása. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Dr. Elek István; Hudáky József: Az ipari pneumatika alapjai. Interpress Kiadó és Nyomda, Kecskemét Dr. Magosné Kallós Katalin; Talyigás András: Pneumatikus vezérlés technika. BME Mérnök Továbbképző Intézet, Budapest Dr. Alpek Ferenc: Pneumatikus vezérlések oktatásának tapasztalatai a BME Gépgyártástechnológia Tanszékén. PNEU-HIDRO`84 Konferencia. Győr, old. 9. Alpek, F.: Steps Towards Intelligent Assembly Intelligent Mechanical Robot Peripheries -. Academic Journal of Manufacturing Engineering, Vol. 1. Number 1/2003. pp Editura Politehnica University of Timisoara.