Bauraum halbiert

Pneumatikzylinder - Kolbenstangenlose Pneumatikzylinder eröffnen Anlagenkonstrukteuren und Anwendern eine Reihe von Möglichkeiten: Zum Beispiel halbiert sich durch ihre Konstruktionsweise der benötigte Bauraum - ein besonders bei begrenzten Platzverhältnissen nahezu unschlagbares Argument.

29. März 2005

Kolbenstangenlose Zylinder bieten Vorteile bezüglich der möglichen Verfahrwege gegenüber herkömmlichen Zylindern mit Kolbenstange. Darüber hinaus können bei ihnen auch Varianten wie integrierte Gleit- oder Rollenführungen realisiert werden. Ein grundlegendes Problem ist allerdings die Abdichtung. Im folgenden soll gezeigt werden, wie diese konstruktionsbedingte Schwachstelle beseitigt werden kann, und wie sich unterschiedliche Produkte beurteilen lassen. Bei kolbenstangenlosen Zylindern wird die Kraft des Kolbens über einen nach außen reichenden Mitnehmer übertragen; das Zylinderrohr ist zu diesem Zweck auf der gesamten Länge geschlitzt. Eine Kolbenstange, die im ausgefahrenen Zustand die Baulänge des Zylinders wesentlich vergrößern würde, wird also nicht benötigt. Zum Verschließen des Schlitzes wird ein Dichtband eingesetzt, das umgelenkt werden muß, um die Bewegung des Zylinderkolbens zu ermöglichen. Je kleiner der Radius dieser Umlenkung ist, desto kürzer kann der gesamte Zylinder gebaut werden. Eben diese Bauweise bringt allerdings auch Nachteile mit sich, die ausgeglichen werden müssen: Durch die Schlitzung des Zylinderprofils können druckbedingt Aufweitungen auftreten. Speziell bei größeren Hublängen muß überdies sichergestellt werden, daß das Dichtband während des Betriebs im Schlitz verbleibt. Kritisch ist der Kontakt zwischen der Kolbendichtung und dem Dichtband, da hier zwei Dichtungen übereinander fahren. Das Dichtband kann aus verschiedenen Materialien bestehen, die jeweils spezifische Vor- und Nachteile haben. Eine Stahlbanddichtung, die durch Magnete und den Druck im Zylinder gehalten wird, ist eine Variante. Eine andere Möglichkeit stellen Kunststoff abdichtungen dar, die beispielsweise aus Elastomer gefertigt werden können. Bei den bisher üblichen kolbenstangenlosen Zylindermodellen zeigen die verwendeten Dichtungsmethoden im Betrieb allerdings häufig unerwünschte Nebeneffekte: erhöhteLeckagewerte, schlechtes Laufverhalten oder starke Verschleißerscheinungen und eine daraus resultierende verringerte Lebensdauer.

Neue Pneumatikzylinder-Baureihe

Um die Nachteile der bisher üblichen kolbenstangenlosen Zylinder auszugleichen, hat Airtec Pneumatic die neue Zylinderserie ZX entwickelt. Alle ZX-Modelle haben ein extrem steifes Profil aus eloxiertem Aluminium, wodurch druckbedingte Aufweitungen minimal ausfallen. Ein hochflexibles Elastomerdichtband mit integrierter Stahllitze wird im Zylinderschlitz fixiert - durch in das Profil eingreifende Halteschenkel wird das Band in jeder Lage sicher gehalten und so die Leckage minimiert. Für einen zusätzlichen Schutz vor Verschmutzung sorgt ein darüber liegendes Abdeckband. Die Ausführung der Dichtung aus weichem Kunststoff ermöglicht es überdies, sie in einem engeren Radius zu biegen, wo durch die Einbaulänge der Zylinder bei gleichem Hub weiter verringert werden kann. Problematischer als die Abdichtung zwischen Metallprofil und Kolben ist die Kontaktfläche zwischen Kolbendichtung und Elastomerband. Hier sorgen eine PU-Kolbendichtung und ein mit Vlies beschichteter Elastomer-Nutring (NBR), der gleichzeitig als Schmierdepot dient, für Dichtigkeit. Die berührungslose Stellungsabtastung übernimmt ein in den Kolben integrierter Magnet. Für Zylinderschalter und Befestigungselemente stehen in das Profil eingelassene Nuten zur Verfügung. Alle ZX-Zylinder sind in normaler Länge oder Kurzbauweise erhältlich. Bei den K-Varianten werden - zusätzlich zum halbierten Platzbedarf der kolbenstangenlosen Zylinder - nochmals bis zu 30 % des Einbauraums eingespart. Dies bedeutet einen geringeren Platz- und Materialbedarf. Der zusätzliche Platz kann für integrierte Ventile dienen. Darüber hinaus stehen neben Standardzylindern Varianten mit Gleitoder Rollenführung zur Verfügung. Besonders die Rollenführung, die mit dem Zylinder eine kompakte Einheit bildet, bietet hohe Präzision und Robustheit. Sie ist ähnlichen Führungssystemen wie etwa Kugelumlaufführungen im Preis-Leistungs-Verhältnis überlegen. Die Standardzylinder entsprechen in ihren Maßen weitgehend herkömmlichen Normzylindern, so daß diese in bestehenden Anlagen ohne weiteres durch ZX-Modelle abgelöst werden können. Im Rahmen der Zylinderserie sind weitere Entwicklungen, beispielsweise Aktiv- und Passivbremsen für Rollenführungszylinder, geplant, wobei Airtec auch auf Kundenanforderungen und -anregungen eingehen wird.

Mit der ZX-Baureihe hat Airtec die konstruktionsbedingten Schwächen von kolbenstangenlosen Zylindern minimiert: Die Zylinder bieten ein gutes Laufverhalten bei geringen Leckagewerten und hoher Lebensdauer. Die durch die ZX-Konstruktionsweise möglich gewordenen verkürzten Bauformen geben Konstrukteuren weitere Freiheiten bei der Anlagengestaltung. Die Integration der Führungssysteme hat die Anzahl der Elemente deutlich reduziert. Kolbenstangenlose ZX-Zylinder sind bereits in Durchmessern von 25, 32 und 40 mm erhältlich, weitere Größen sind in Vorbereitung.

Die Hublänge ist bis 6.000 mm beliebig wählbar. Die Zylinder sind für einen Arbeitsdruck von 1 ... 8 bar und einen Temperaturbereich von -10 ... +70 °C konzipiert. Betrieben werden sie mit gefi lterter und leicht geölter bzw. ungeölter Druckluft. Anlagenkonstrukteure können die Eignung unterschiedlicher Zylindermodelle mittels einiger einfacher Tests prüfen. Vergleichswerte zur Leckage lassen sich so dadurch erzielen, daß ein Zylinder einseitig mit 6 bar Druck befüllt und von der Druckzufuhr abgeschlossen wird - anschließend wird mit einem Manometer der Druckabfall während einer Minute gemessen. Dabei läßt sich eine Leckage von 200 mbar/min als Grenzwert definieren; dies entspricht einem Druckabfall von 6 auf 5 bar in fünf Minuten. Zur Lebensdaueruntersuchung wird der Zylinder im Dauerlauf von Endlage zu Endlage verfahren. Dabei dienen die Wege in der projektierten Anlage sowie die Anzahl der Hübe pro Jahr als Grundlage - ein realistischer Härtetest sind etwa 6.000 km Verfahrleistung. Schließlich sollten auch die Rahmenbedingungen - die Verfahrgeschwindigkeit, das Betriebsmedium sowie der Arbeitsdruck - praxisnah gewählt werden. Während dieses Tests wird regelmäßig der erste Versuch zur Bestimmung der Dichtigkeit wiederholt. Anhand des beobachteten Laufverhaltens kann die Slip-/Stick-Neigung des Zylinders beurteilt werden.

Frank Cholewik, Airtec Pneumatic

Erschienen in Ausgabe: 02/2005