Untersuchungen über das dynamische Verhalten pneumatischer Stellantriebe

Pneumatikzylinder sind wichtige Hilfsmittel zur Automatisie rung von Fertigungsanlagen. Man findet sie in fast allen Be reichen der Industrie zum Spannen, Halten, Zuftihren und Aus werfen, sowie ftir untergeordnete Stellaufgaben oder ahnliche Zwecke. Der Einsatz von Pneumatikzylindern wird haufig erschwert, da tiber ihre dynamischen Eigenschaften noch sehr wenig bekannt ist. Bei der Auslegung von pneumatischen Stellantrieben greift man deshalb meist auf Erfahrungswerte zurtick, oder man er stellt eine Anlage im Modell und klart anhand des Modells, ob das geforderte Verhalten ftir eine bestirnrnte Aufgabe mit Hilfe eines Pneumatikzylinders erreicht werden kann. Dieses Verfah ren ist einerseits sehr aufwendig und gibt andererseits auch keine Gewahr ftir eine optimale Auslegung des Antriebs. Deshalb werden oft andere Stellantriebe, deren Verhalten bes ser bekannt ist, gewahlt. Da Pneurnatikzylinder aber sehr ein fache, robuste und preiswerte Bauelemente sind, ist es zweck maBig, ihre Eigenschaften genau zu untersuchen, weil auf die se Weise ihre Einsatzmaglichkeiten und -grenzen besser abge schatzt werden kannen. Bisher sind noch relativ wenig Untersuchungen / 1-5 7 tiber die grundsatzlichen Zusarnrnenhange, die das Bewegungsverhalten von Pneumatikzylindern betreffen, veraffentlicht worden. Aus die sem Grunde sollte - ausgehend von den physikalischen Zusam menhangen - ein Gleichungssystem entwickelt werden, das die Nachbildung des Bewegungsverhaltens auf einem Analog- oder Digitalrechner gestattet. Parallel dazu wurde eine Uberprtifung des Rechenrnodells anhand von Versuchen durchgeftihrt.

Klappentext

Pneumatikzylinder sind wichtige Hilfsmittel zur Automatisie­ rung von Fertigungsanlagen. Man findet sie in fast allen Be­ reichen der Industrie zum Spannen, Halten, Zuftihren und Aus­ werfen, sowie ftir untergeordnete Stellaufgaben oder ahnliche Zwecke. Der Einsatz von Pneumatikzylindern wird haufig erschwert, da tiber ihre dynamischen Eigenschaften noch sehr wenig bekannt ist. Bei der Auslegung von pneumatischen Stellantrieben greift man deshalb meist auf Erfahrungswerte zurtick, oder man er­ stellt eine Anlage im Modell und klart anhand des Modells, ob das geforderte Verhalten ftir eine bestirnrnte Aufgabe mit Hilfe eines Pneumatikzylinders erreicht werden kann. Dieses Verfah­ ren ist einerseits sehr aufwendig und gibt andererseits auch keine Gewahr ftir eine optimale Auslegung des Antriebs. Deshalb werden oft andere Stellantriebe, deren Verhalten bes­ ser bekannt ist, gewahlt. Da Pneurnatikzylinder aber sehr ein­ fache, robuste und preiswerte Bauelemente sind, ist es zweck­ maBig, ihre Eigenschaften genau zu untersuchen, weil auf die­ se Weise ihre Einsatzmaglichkeiten und -grenzen besser abge­ schatzt werden kannen. Bisher sind noch relativ wenig Untersuchungen / 1-5 7 tiber die grundsatzlichen Zusarnrnenhange, die das Bewegungsverhalten von Pneumatikzylindern betreffen, veraffentlicht worden. Aus die­ sem Grunde sollte - ausgehend von den physikalischen Zusam­ menhangen - ein Gleichungssystem entwickelt werden, das die Nachbildung des Bewegungsverhaltens auf einem Analog- oder Digitalrechner gestattet. Parallel dazu wurde eine Uberprtifung des Rechenrnodells anhand von Versuchen durchgeftihrt.

Inhalt
1. Einleitung.- 2. Systemgleichungen eines Pneumatikzylindermodells mit Endlagendämpfung.- 2.1 Bewegungsgesetz.- 2.2 Energiesatz.- 2.3 Masseflußgesetz von Düsen.- 2.4 Zusammenstellung der benötigten Gleichungen.- 2.4.1 Bewegungsverhalten.- 2.4.2 Dämpfungsverhalten.- 3. Ermittlung der benötigten Parameter.- 3.1 Belastungscharakteristik des Antriebszylinders.- 3.2 Durchflußcharkateristika von Düsen.- 4. Untersuchung der Wirkung des Wärmeübergangs.- 5. Das Verhalten von Pneumatikzylindern.- 5.1 Untersuchung des Bewegungsverhaltens.- 5.1.1 Beschreibung des Prüfstandes.- 5.1.2 Beschreibung der Versuchsanordnungen.- 5.1.3 Vergleich von Meß- und Rechenergebnissen (Bewegungsverhalten).- 5.2 Untersuchung des Dämpfungsverhaltens.- 5.2.1 Konstruktive Ausführung der Endlagendämpfung.- 5.2.2 Vergleich von Meß- und Rechenergebnissen (Dämpfungsverhalten).- 6. Auslegungskriterien zum Erreichen eines stationären Bewegungsverlaufs.- 6.1 Bestimmung des Betriebspunktes für Zylinderraum 1.- 6.2 Bestimmung des Betriebspunktes für Zylinderraum 2.- 6.3 Bestimmung der Parameter zur Erzielung stationärer Geschwindigkeiten.- 6.4 Bestimmung der Stillstandszeit.- 7. Parametereinfluß auf das dynamische Verhalten pneumatischer Stellantriebe.- 7.1 Ermittlung optimaler Betriebspunkte ohne externe Belastungen.- 7.1.1 Einfluß des Versorgungsdruckes.- 7.1.2 Einfluß der Anfangsvolumina.- 7.1.3 Einfluß der Auslegungsgeschwindigkeit.- 7.2 Ermittlung optimaler Betriebspunkte bei externen Belastungen.- 7.2.1 Massenlasten.- 7.2.2 Geschwindigkeitsproportionale Lasten.- 7.2.3 Wegproportionale Lasten.- 7.2.4 Konstante Lasten.- 8. Zusammenfassung.- Anhang zur Analogrechnerstudie.- Bildanhang.