Introductieles voor cursus Pneumatiek - hoofdstuk 1
Hoofdstuk 1
Als onderhouds- en storingsmonteur krijg je in de praktijk te maken met machines en installaties met pneumatische componenten. Hierna gaan we de opbouw en werking van een pneumatisch systeem behandelen. Wanneer je deze opbouw en de functie van de hoofdcomponenten herkent, dan is dat een belangrijke basis om de werking van andere machines en installaties te begrijpen.
Toepassingen van pneumatiek
Figuur 1. Pneumatische handling systeem
Pneumatiek wordt toegepast in de automatisering waarbij de krachten relatief klein zijn. Hierbij ligt de druk rond de 6 bar en speelt snelheid en reinheid vaak een grote rol.
Toepassingen van pneumatiek vind je in:
- Verpakkingsmachines
- Assemblagemachines
- Pneumatisch gereedschap
- De procesindustrie
- Tillen d.m.v. vacuümtechniek
Figuur 2. Machine met vacuüm en gripper
Figuur 3. Gereedschap spijkerpistool
De werking van een pneumatisch systeem
In dit onderwerp gaan we in op de werking van een pneumatisch systeem. Verder wordt de functie van de belangrijkste componenten beschreven en kun je de werking van een pneumatisch systeem ook met behulp van augmented reality app (AR-app) bekijken.
In dit onderwerp komen de volgende paragrafen aan bod:
- De werking van een pneumatisch systeem
- De functie van de belangrijkste componenten
- De werking van een pneumatisch systeem met de AR-app
De werking van een pneumatisch systeem
Pneumatische installaties gebruiken perslucht voor de aandrijving. Perslucht wordt gemaakt met een compressor. De perslucht zorgt voor de beweging van cilinders en motoren. Pneumatiek wordt toegepast voor lichte werkzaamheden. Hierbij is de druk laag maar kan de snelheid een grote rol spelen, zoals bij de pick-en-place-installatie van figuur 5.
Een pneumatisch systeem kun je over het algemeen in 3 delen verdelen:
- Persluchtopwekking
- Persluchtverzorging
- Machine of installatie met pneumatische uitvoerorganen
Figuur 5. Werking van een pneumatisch systeem (uitvoering met gripper)
Figuur 6. Pick-en-place-installatie
Functie van elk deel is:
Persluchtopwekking: in het persluchtsysteem wordt de perslucht gemaakt. De lucht wordt op druk gebracht, gekoeld en in het drukvat opgeslagen
Persluchtverzorging: bij de persluchtverzorging wordt de perslucht gedroogd, gefilterd en eventueel gesmeerd en is daarna klaar voor gebruik
Machine of installatie met pneumatische uitvoerorganen: hier vinden uiteindelijk de handelingen plaats zoals bijvoorbeeld cilinders die door hoofdventielen aangestuurd worden.
De persluchtopwekking en persluchtverzorging komen verder aan bod in het volgende hoofdstuk
De functie van de belangrijkste componenten
In deze paragraaf worden de belangrijkste componenten van een machine met pneumatische componenten behandeld.
De cilinder
Omdat cilinders arbeid verrichten, zijn ze te beschouwen als motoren. Net als motoren zetten cilinders hydraulische of pneumatische energie om in mechanische energie. Om de cilinder van de roterende motor te onderscheiden wordt de cilinder ook wel een lineaire motor genoemd. De kracht van een cilinder hangt af van het zuigeroppervlak en de druk van lucht of olie, die aan de cilinder wordt toegevoerd. Bij eenzelfde druk “levert” een cilinder met een groter zuigeroppervlak meer kracht dan een cilinder met een klein zuigeroppervlak. Verhoogt men de druk van het medium (olie of lucht) dan wordt de kracht, die de zuiger uitoefent ook groter.
We onderscheiden in basis twee typen stangcilinders, namelijk de enkelwerkende en de dubbelwerkende cilinder. Enkelwerkende cilinders worden toegepast wanneer alleen de uitgaande slag of alleen de ingaande slag kracht moet leveren. Een veer zorgt voor de teruggaande beweging. De veerkracht werkt tegengesteld aan de arbeidsslag en is dus nadelig voor de maximale kracht van de cilinder. De veer verbruikt extra energie bij de uitgaande slag.
Figuur 7. Enkelwerkende pneumatische cilinder
Figuur 7 geeft een doorsnede van een enkelwerkende pneumatische cilinder. Dubbelwerkende stangcilinders komen het meeste voor in de industrie (80%)
De cilinder is een veel gebruikt component. Een cilinder kan bijvoorbeeld een doos wegduwen of een wissel omzetten. In figuur 8 en figuur 9 zie je de werking van een luchtcilinder.
Figuur 8. Cilinder uitgaande slag
Figuur 9. Cilinder ingaande slag
In de cilinder zit een zuiger met een zuigerstang. Door perslucht aan de bodemzijde van de cilinder te zetten, zal de zuigerstang naar links bewegen. De lucht achter de zuiger zal door aansluiting B naar de buitenlucht afgevoerd worden. Zie figuur 8. De zuigerstang kan weer teruggeduwd worden door perslucht op de stangzijde van de cilinder te zetten. Zie figuur 9. Omdat het tekenen van een cilinder, zoals in figuur 8 en figuur 9 veel tijd kost, wordt in schema’s een cilinder als symbool getekend. In figuur 10 is het symbool van een cilinder getekend.
Figuur 10 Symbool van een cilinder
Figuur 11 Symbool enkelwerkende cilinder veerretour
Figuur 12 Symbool 3/2 ventiel met drukknopbediening
Het 3/2 ventiel
Met een 3/2-stuurventiel kan een enkelwerkende cilinder in en uit gestuurd worden. In figuur 13 staat het ventiel zo getekend, dat de perslucht via aansluiting 1 naar aansluiting 2 gaat. De zuigerstang zal tegen de veerdruk uitlopen. Als het ventiel niet bediend wordt, zal het ventiel door de veer in de andere stand gezet worden. De zuigerstang keert terug in de ruststand. Zie figuur 14. Het ventiel heeft dus drie poorten en twee standen, vandaar de naam 3/2 ventiel.
Figuur 13. Stuurventiel bediend
Figuur 14. Stuurventiel niet bediend
Het 5/2 stuurventiel
Met een 5/2-stuurventiel kan een dubbelwerkende cilinder in- en uitgestuurd worden. In figuur 16 staat het ventiel zo getekend, dat de perslucht via aansluiting 1 naar aansluiting 2 gaat. De zuigerstang zal uitlopen. De lucht aan de stangzijde van de cilinder gaat via de aansluitingen 4 en 5 naar de buitenlucht. Als het ventiel niet bediend wordt, zal de schuif van het ventiel door de veer in de andere stand gezet worden. De zuigerstang keert terug in de ruststand. Zie figuur 15. Het ventiel heeft dus vijf poorten en twee standen, vandaar de naam 5/2 ventiel.
Figuur 15. Stuurventiel niet bediend
Figuur 16. Stuurventiel bediend
Figuur 17. Symbool 5/2 - ventiel met drukknopbediening
Opbouw van een 5/2-ventiel
In figuur 17 is het symbool van het ventiel van figuur 16 en figuur 15 getekend. Het ventiel van figuur 17 is een 5/2-ventiel. De naam komt van de vijf aansluitingen (1 tot en met 5) en het aantal standen van het ventiel (twee). De pijlrichtingen in het symbool geven aan hoe de lucht door het ventiel kan stromen. De aansluitingen van het 5/2-ventiel zijn genummerd. De nummers zijn genormaliseerd.
De nummers hebben de volgende betekenis:
- 1 perslucht-aansluiting
- 2 werkpoort (aansluiting voor de cilinder of motor)
- 3 ontluchting of retour voor werkpoort 2
- 4 werkpoort (aansluiting voor de cilinder of motor)
- 5 ontluchting of retour voor werkpoort 4
Het 5/2-ventiel heeft twee standen. Het symbool bestaat ook uit twee blokjes. In figuur 18A is de ruststand van het ventiel getekend. De aansluitleidingen staan op het rechter blokje. Wanneer je het ventiel bedient, verplaatsen de blokjes van het symbool. De aansluitleidingen blijven op hun plaats. In figuur 18B is de bediende stand van het ventiel afgebeeld.
Figuur 18. Werking 5/2 - ventiel
De werking van een pneumatisch systeem met de AR-app
De werking van een pneumatisch systeem wordt duidelijk door de AR animatie (Augmented Reality) te bekijken. Hiervoor kun je een app downloaden en scan je met je device (telefoon of tablet) de tag of trigger van figuur 21. Print de trigger uit of gebruik de trigger uit de bijlage. Door deze op tafel te leggen kun je deze scannen.
De app kun je als volgt downloaden uit de Google Play Store (voor Android gebruikers) of de App Store (voor Apple gebruikers)
- Ga naar de App Store of Google Play Store en typ ROVC in om te zoeken
- Je vind de app, deze is herkenbaar aan het zeskantje in het icoontje
- Download de app. Je kunt een aantal vragen krijgen waar je toestemming voor moet geven dit verschilt ook of het voor Android of Apple is
- Door nu de tag of trigger te scannen van figuur 21 kun je direct met de app aan de slag
In figuur 19 en 20 vind je het pneumatisch en elektrisch schema van de Pick-en-place-installatie uit de AR app. De Pick-en-place-installatie uit de AR app is uitgevoerd met een vacuüm zuignap voor uitvoerorgaan D. Figuur 5 heeft in plaats van een zuignap een gripper als uitvoerorgaan D.
Figuur 19. Werking pneumatisch schema met bewegingsdiagram
Figuur 20. Werking elektrisch schema met bewegingsdiagram
Figuur 21. AR-trigger pneumatiek