Besser ohne Kolbenstange

Pneumatik - Kolbenstangenlose Pneumatikzylinder vergrößern die Freiheit bei der Anlagengestaltung, leiden aber oft unter Leckagen und einer begrenzten Lebensdauer. Innovative Konstruktionsdetails helfen jetzt, diese konstruktionsbedingten Schwächen zu verringern.

09. August 2007

Pneumatikzylinder bieten zahlreiche Vorteile für die Erzeugung von Linear­bewegungen: Sie enthalten nur wenige bewegte Teile, arbeiten zuverlässig und kraftvoll und ermöglichen hohe Geschwindigkeiten. Ein Nachteil ist jedoch die große Baulänge der Kolbenstange im ausgefahrenen Zustand, die den benötigten Bauraum wesentlich vergrößert. Speziell bei beengten Platzverhältnissen kommen deshalb oft kolbenstangenlose Pneumatikzylinder zum Einsatz, bei denen die Kraft des Kolbens über einen nach außen reichenden Mitnehmer übertragen wird. Das Zylinderrohr besitzt zu diesem Zweck auf der gesamten Länge einen Schlitz, der durch ein Dichtband verschlossen ist. Diese Konstruktionsweise halbiert nicht nur den benötigten Bauraum gegenüber konventionellen Zylindern mit Kolbenstange, sondern ermöglicht auch deutlich längere Verfahrwege.

Systembedingte Schwachstellen

Leider besitzt dieses Konstruktionsprinzip einige grundsätzliche Schwachstellen, speziell aufgrund der Schlitzung des Zylinderprofils sowie der Dichtungen, die druckbedingte Aufweitungen zur Folge haben kann. Herkömmliche kolbenstangenlose Zylinder zeigen deshalb im Betrieb oft eine erhöhte Leckage, ein schlechtes Laufverhalten oder starken Verschleiß. Fortschritt versprechen hier jetzt die Zylinderbaureihen ZX und ZR des Kronberger Pneumatikspezialisten Airtec. Die ZX-Modelle besitzen ein extrem steifes Profil aus eloxiertem Aluminium, das druckbedingte Aufweitungen weitgehend verhindert. Die Leckage minimieren ein hochflexibles Elastomerdichtband mit integrierter Stahllitze, eine Kolbendichtung aus Polyurethan sowie ein mit Vlies beschichteter Elastomer-Nutring, der gleichzeitig als Schmierdepot dient. Ein darüber liegendes Abdeckband gewährleistet zusätzlichen Schutz vor Verschmutzung. Ein in den Kolben integrierter Magnet ermöglicht die berührungslose Stellungsabtastung. In das Profil eingelassene Nuten erlauben die Integration von ­Zylinderschaltern und Befestigungselementen. Die Zylinder sind in fünf verschiedenen Durchmessern zwischen 25 und 63 Millimeter erhältlich, die Hublänge ist bis 6.000 Millimeter beliebig wählbar. Der zulässige Arbeitsdruck liegt zwischen 1 und 8 bar, die Einsatztemperatur im Bereich von -10 bis +70 Grad Celsius. Eine optional erhältliche Kurzbauform verringert den nötigen Einbauraum um weitere 30 Prozent.

Einfache Synchronisierung

Eine innovative Lösung für das Synchronisieren von Druckluftzylindern bieten die kolbenstangenlosen Zahnriemenzylinder der Baureihe ZR. Bei dieser Baureihe besteht das Zylinderrohr aus zwei Kammern, die auf ihrer gesamten Länge durch einen Schlitz miteinander verbunden sind. Der Kolben verfährt in der inneren Druckkammer und bewegt dabei über einen Mitnehmer durch den Schlitz hindurch in der äußeren Kammer einen Zahnriemen, der über zwei Umlenkrollen geführt wird und den Führungsschlitten entgegen der Richtung des Kolbens bewegt. Die Abdichtung der Kolbenkammer zur äußeren Kammer hin geschieht über ein Kunststoffband, das durch den Kolben hindurchgeführt und umgelenkt wird. Das rundum geschlossene Profil des äußeren Zylinderrohrs umschließt den Längsschlitz und verhindert damit dessen Aufweitung unter Druck. Zugleich gewährleistet dieser Aufbau höchste Biege- und Verwindungssteifigkeit bei minimaler Leckage. Das Zweikammer-Prinzip verhindert zudem mögliche Verschmutzungen des Dichtbands und prädestiniert die Zylinder damit auch für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen. Die integrierte Gleit- oder Rollenführung im Führungsschlitten macht den ZR-Zylinder zum kompletten Linearantrieb. Die Kraftübertragung mittels Zahnriemen ermöglicht es, mehrere Zylinder über ihre verlängerten Abtriebswellen zu koppeln, um einen präzisen Synchronbetrieb zu gewährleisten. Für die Aufnahme höherer Lasten oder zum parallelen Verfahren von Bauteilen lassen sich zudem zwei oder mehr Schlitten an den Zahnriemen anbinden. Die optionale Montage von Drehgebern und Bremsen auf der Abtriebswelle ermöglicht den Aufbau eines Positioniersystems. Varianten mit zwei Zahnriemen und zwei gegenläufigen Schlitten erlauben zudem die Konstruktion einer Greifeinrichtung mit langen Hüben und hohen Greifkräften.

Frank Cholewik, Airtec Pneumatic/bt

Erschienen in Ausgabe: 05/2007