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Normen
DIN 1304-1 Formelzeichen Teil 1: Allgemeine Formelzeichen
DIN 66001 Informat ionsverarbeitungTeil 1: Sinnbilder und ihre Anwendung
DIN EN 574 Sicherheit von MaschinenZweihandschaltungen – Funkt ionale Aspekte – Gestaltungsleitsätze
DIN EN 50013 Indust rielle NiederspannungsschaltgeräteAnschlussbezeichnung und Kennzahlen für best immte Befehlsgeräte
DIN EN 60445 Grund- und Sicherheitsregeln für die Mensch-Maschine-Schnit tstelleKennzeichnung der Anschlüsse elekt rischer Bet riebsmit tel
DIN EN 60446 Grund- und Sicherheitsregeln für die Mensch-Maschine-Schnit tstelleKennzeichnung von Leitern durch Farben oder alphanumerischen Zeichen
DIN EN 60529 Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code)
DIN EN 60617
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Grafi sche Symbole für SchaltzeichenTeil 2: Symbolelemente, Kennzeichen und andere SchaltzeichenTeil 3: Schaltzeichen für Leiter und VerbinderTeil 4: Schaltzeichen für passive BauelementeTeil 5: Schaltzeichen für Halbleiter und Elekt ronenröhrenTeil 7: Schaltzeichen für Schalt - und SchutzeinrichtungenTeil 8: Schaltzeichen für Mess-, Melde- und SignaleinrichtungenTeil 12: Binäre ElementeTeil 13: Analoge Elemente
DIN EN 60848 GRAFCET, Spezifi kat ionssprache für Funkt ionspläne der Ablaufsteuerung
DIN EN 60947-
5-2
NiederspannungsschaltgeräteTeil 5 – 2. Steuergeräte und Schaltelemente – Näherungsschalter
DIN EN 61082-1 Dokumente der Elekt rotechnikTeil 1: Regeln
DIN EN 61131-3 Speicherprogrammierbare SteuerungenTeil 3: Programmiersprachen
DIN EN 81346
-1
-2
Strukturierungsprinzipien und ReferenzkennzeichnungTeil 1: Allgemeine RegelnTeil 2: Klassifi zierung von Objekten und Kennbuchstaben von Klassen
DIN 66000 Informat ionsverarbeitungMathemat ische Zeichen und Symbole der Schaltalgebra
DIN ISO 1219
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Fluidtechnik, Grafi sche Symbole und SchaltpläneTeil 1: Grafi sche SymboleTeil 2: Schaltpläne
DIN EN ISO
4413
Fluidtechnik – Allgemeine Regeln und sicherheitstechnische Anforderungen an Hydraulikanlagen und deren Bauteile
DIN EN ISO
4414
Fluidtechnik – Allgemeine Regeln und sicherheitstechnische Anforderungen an Pneumat ikanlagen und deren Bauteile
DIN EN ISO
17769
-1
Flüssigkeitspumpen und -installat ionTeil 1: Allgemeine Begrif fe
DIN IEC 60050
-351
Internat ionales Elekt rotechnisches WörterbuchTeil 351: Leit technik
Normenverzeichnis
7
Pneumatik
Bildnachweis: IMI Norgren-Herion Fluidt ronic, Fellbach
Filter mit Wasserabscheider
manueller Ablass
Druckregelvent il
mit manueller Einstellung
Druckmessgerät
Manometer
Normalnebelöler
(Befeuchter)
Pneumatik
8
Energiew andlungPneumat ische Steuerungen unterstützen den Fert igungsprozess. Sie heben oder t ransport ieren, spannen
Werkstücke oder sind als Biege- und Stanzzylinder akt iv an der Fert igung beteiligt .
Zur Erfüllung dieser Aufgaben ist pneumat ische Energie erforderlich. Die pneumat ische Energie kommt
in der Natur nicht direkt vor, sie muss durch Energiewandlung bereitgestellt werden. Innerhalb einer
pneumat ischen Steuerung fi nden dann weitere Energiewandlungen stat t .
Träger der pneumat ischen Energie ist die Druckluf t . Sie wird aus der Umgebungsluf t gewonnen.
Druckpamb = Atmosphärischer Druck (Luf tdruck) ist der durch den Luf tmantel der Erde ausgeübte stat ische
Druck. In Höhe des Meeresspiegels gemessen bet rägt er ungefähr 1,013 bar. Der Luf tdruck ist
abhängig von der Wet terlage und wird in zunehmender Höhe geringer.
pabs = Absoluter (gegenüber dem Vakuum tatsächlich vorhandener) Druck, pabs = pamb + pe.
pe = Der in der Technik interessierende Unterschied zum atmosphärischen Druck, pe = pabs – pamb. Ein
posit iver Zahlenwert für pe bedeutet Überdruck (Druck übersteigt den Luf tdruck), ein negat iver
Zahlenwert für pe Unterdruck (Druck geringer als der Luf tdruck).
In der Technik werden für den Druck die Ein-
heiten Pascal (Pa) und Bar (bar) verwendet .
1 Pa = 1 N ___
m2
1 MPa = 1 N ____
mm2
1 bar = 100 kPa
1 bar = 100 000 Pa
1 bar = 10 N ____
cm2
1. Ein Barometer zeigt einen Luf tdruck von 1 025 hPa. Wie hoch ist die Abweichung gegenüber dem
normalen Luf tdruck?
2. In einem Druckbehälter herrscht ein Bet riebsdruck von pe = 8,25 bar. Das Barometer zeigt einen Luf t -
druck von pamb = 1 010 hPa. Best immen Sie den absoluten Druck pabs in N/cm2.
3. Für einen Sauggreifer ist ein Bet riebsdruck pe = - 275 mbar vorgeschrieben. Best immen Sie pabs in bar,
wenn der Luf tdruck pamb mit 995 hPa gemessen wird.
1
Aufgaben
Pneumatik
24
9
Biegepresse
Technologieschema
– Kennzeichnen Sie die Pneumatikelemente nach DIN ISO 1219-2. Bezeichnen Sie die Leitungsanschlüsse.
– Erklären Sie die Bedeutung des Begrif fs „ Signalverarbeitung“ .
– Sie besitzen kein Zweidruckvent il. Wie müssen die Signalgeber (3/2-Wegevent ile) geschaltet werden,
damit der Kolben nur dann ausfährt , wenn beide Vent ile gleichzeit ig betät igt sind?
– Bei einer Kontrolle stellt der Sicherheitsbeauf t ragte des Betriebs an der Biegepresse einen Mangel
fest . Wenn einer der beiden Taster „ ZU“ durch eine Dauerbetät igung (z. B. Klebeband oder Ge-
wichtsbelastung) geschaltet ist , kann die Unfallverhütungsvorschrif t umgangen werden. Der Umform-
vorgang kann jetzt mit einer Hand ausgelöst werden. Welche Sicherheitsbedingungen müssen Ihrer
Meinung nach noch erfüllt werden?
Aus einem Blechst reifen sollen Schellen gebogen werden. Das Startsignal erfolgt durch gleich-
zeit iges Drücken zweier Taster. Nach Betät igung eines drit ten Tasters fährt der Kolben in seine
Ausgangsstellung (hintere Endlage) zurück und das fert ige Werkstück kann herausgenommen
werden. Das Ausfahren soll langsam, das Zurückfahren soll schnell erfolgen.
Problemstellung
Arbeitsauftrag
Pneumatik
25
9
Steuerkette Aufbau eines pneumatischen Schaltplans
Befehlsausführung
Arbeitselemente z. B. Zylinder
Signalausgabe
Stellelemente z. B. Wegevent il
Signalverarbeitung
Verknüpfungselemente z. B. Zweidruckvent il
Signaleingabe
Eingabeelemente z. B. Wegevent il
Energieversorgung
z. B. Aufbereitungseinheit
Kennzeichnung der Bauelemente nach DIN ISO 1219-2
Beispiel für den Kennzeichnungsschlüssel
2 1 S 2_
Anlagen-Nummer
Anlagen-Nummer
Diese Kennzeichnung besteht aus Zif fern, beginnend mit 1. Die Anlagen-Nummer muss vergeben wer-den, wenn der ge-samte Schaltkreis aus mehr als einer Anlage besteht .
Schaltkreis-Nummer
Schaltkreis-Nummer
Diese Kennzeichnung besteht aus Zif fern. Die 0 ist für alle Bauteile vorgesehen, die zur Druckluf tver-sorgung gehören. Für die verschiedenen Fluid-Schaltkreise werden fort laufende Zif fern verwendet .
Bauteil-Bezeichnung
Bauteil-Bezeichnung
Jeder Bauteilart w ird ein Buchstabe nach folgender Liste zuge-ordnet :P – Pumpen und
KompressorenA – Ant riebeM – Ant riebsmotorenS – SignalaufnehmerV – Vent ileZ – andere Bauteile
Bauteil-Nummer
Bauteil-Nummer
Diese Kennzeichnung besteht aus Zif fern, beginnend mit 1. Jedes Bauteil in dem bet rachteten Schalt -kreis wird fort laufend nummeriert .
Sig
na
lfl u
ss
Hydraulik
57
4
Zahnradpumpen
Zwei ineinander greifende Zahnräder bilden die Grund-
lage der Zahnradpumpe. Durch die Drehbewegung öff -
net sich die Zahnlücke der beiden Zahnräder und ver-
größert dadurch den Saugraum. Die Zahnlücken füllen
sich mit dem angesaugten Betriebsmedium. An der Ge-
häusewandung schließen die Zahnlücken das Medium
gegen den Saugraum ab und fördern es zur Druckseite.
Das Volumen des Druckraums wird durch die sich schlie-
ßenden Zahnpaare verringert . Das Medium wird in die
Leitung verdrängt .
Flügelzellenpumpen
In einem sich drehenden Rotor sind in radialen Schlitzen
Flügel angeordnet , die durch die Fliehkraf t gegen einen
Laufring gedrückt werden. Rotor und Laufring besitzen
keinen gemeinsamen Mit telpunkt , sie sind außermit t ig
gelagert . Dadurch erfolgt zwischen den an der Saugöff -
nung vorbeigleitenden Flügeln eine Volumenvergröße-
rung im Saugraum. Es entsteht ein Unterdruck und die
Flügelzwischenräume füllen sich mit dem Betriebsmedi-
um. Im Druckraum führt die exzentrische Lagerung zu
einer Volumenverringerung und das Medium wird in
das Leitungssystem verdrängt . Das Fördervolumen der
Pumpe wird durch die Veränderung der Außermit t ig-
keit e beeinfl usst .
Kolbenpumpen
In einer rot ierenden Zylindert rommel sind in axialer
Richtung Kolben angeordnet . An der Saugseite gleiten
die Zylinder durch ihre Längsbewegungen zum Trom-
melausgang und erreichen dadurch eine Volumenver-
größerung des Saugraums. An der Druckseite gleiten
die Kolben in die Zylindert rommel und verringern das
Volumen. Die axiale Bewegung der Kolben wird durch
verschiedene Konst rukt ionen erreicht .
1. Beim Schrägscheibenprinzip bewirkt eine schräg ge-
stellte Schwenkscheibe auf der Ant riebsachse die
Längsbewegung der Kolben.
2. Die Zylindert rommel ist über einen Mit telzapfen aus
der Achse der Ant riebswelle geschwenkt . Die Größe
des Schwenkwinkels best immt das verdrängte Volu-
men. Pumpen dieser Bauart werden als Schrägach-
senpumpen bezeichnet .
Hydraulik
62
7
Schließeinheit
Technologieschema
– Berechnen Sie die verschiedenen Ausfahrgeschwindigkeiten des Hydraulikzylinders mit einem Kolben-
durchmesser d1 = 160 mm und einer Kolbenstange d2 = 110 mm. Der Förderst rom Qn der angeschlos-
senen Pumpe bet rägt 20 l/min.
– Berechnen Sie die zum Schließen des Werkzeugs benöt igten Zeiten.
– Berechnen Sie die Rücklaufgeschwindigkeit des Kolbens und die dazu benöt igte Zeit .
– Ergänzen Sie den vorgegebenen Schaltplan. Ein 3/2-Wegevent il beendet nach einem zurückgelegten
Weg von 400 mm die Dif ferenzialschaltung. Das Betriebsmedium aus dem vorderen Zylinderraum
st römt drucklos zum Tank zurück. Die Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens verringert sich. Ergänzen
Sie die Sperrrichtung des durch eine St richlinie angedeuteten erforderlichen Rückschlagvent ils.
Das Werkzeug einer Spritzgussmaschine wird in einem 4-Säulen-Gestell durch einen Hydraulikzy-
linder geöffnet und geschlossen. Der Öffnungsweg bet rägt 450 mm. Um die erforderlichen Ne-
benzeiten zum Schließen möglichst klein zu halten, soll der Hydraulikzylinder 400 mm im Eilgang
fahren und die letzten 50 mm mit der wesent lich geringeren Schließgeschwindigkeit zurücklegen.
Um eine hohe Schließgeschwindigkeit zu erreichen, ist die Steuerung als Dif ferenzialschaltung
ausgelegt .
Problemstellung
Arbeitsauftrag
Hydraulik
63
7
Differenzialzylinder
Um eine höhere Ausfahrgeschwindigkeit zu erreichen, kommt bei Hydraulikzylindern mit einseit iger
Kolbenstange die Dif ferenzialschaltung, auch Umströmschaltung genannt , zur Anwendung. Der von der
Pumpe verdrängte Förderst rom Qn erzeugt auf beiden Kolbenfl ächen einen Druck. Da die Fläche A1 der
Kolbenseite größer ist als die Fläche A2 der Kolbenstangenseite, ergibt sich eine result ierende Kraf t , die
den Kolben ausfahren lässt . Der durch den ausfahrenden Kolben auf der Kolbenstangenseite verdrängte
Förderst rom Qn2 w ird durch die Dif ferenzialschaltung in den Förderst rom Qn der Pumpe eingezweigt .
Dadurch wird eine größere Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens erreicht . Für den in den hinteren Kol-
benraum fl ießenden Förderst rom Qn1 gilt :
Gegeben:
d1 = 160 mm; d2 = 110 mm
s1 (Eilgang) = 400 mm
s2 (Schließvorgang) = 50 mm; Qn = 20 l/min
Gesucht:
Eilganggeschwindigkeit v1 in m/min
Schließgeschwindigkeit v2 in m/min
Rückfahrgeschwindigkeit v3 in m/min
Zeit t1 für den Eilgang in s
Zeit t2 für den Schließvorgang in s
Zeit t3 für das Öffnen in s
Berechnung:
Funktionsprinzip
Qn1 = Qn + Qn2
A1 · v1 = Qn + A2 · v1
v1 = Qn _______
A1 – A2
Schaltplan
SPS-Technik2
116
M ontagepresse
Technologieschema
Pneumatischer Schaltplan Weg-Schritt-Diagramm
– Vervollständigen Sie das Weg-Schrit t -Diagramm, erläutern Sie die grafi schen Symbole für den
GRAFCET-Plan und schreiben Sie die Schalt tabelle.
– Erstellen Sie die SPS-Programme in den Sprachen FBS (Funkt ionsbaustein-Sprache), Sprache AWL (An-
weisungsliste) und Sprache KOP (Kontaktplan).
An einem Montageplatz werden mithilfe eines doppelt w irkenden Zylinders Laufbuchsen aus
Kunststoff in ein Werkstück gepresst . Der Einpressvorgang kann durch Druck auf den Start taster
S1 ausgelöst werden, wenn der Kontaktgeber des Montagebands B1 einen Werkstückt räger unter
der Montagepresse meldet . Nach Beendigung des Einpressvorgangs fährt durch Betät igung des
Näherungssensors 1B1 die Presse in die Ausgangslage zurück.
Problemstellung
Arbeitsauftrag
SPS-Technik 2
117
GRAFCET-Plan
Funktionspläne für Ablaufsteuerungen
Grafi sche Symbole nach GRAFCET
=
=
=
=
Der Stern in der oberen Symbolmit te ist durch
die Schrit tbezeichnung zu ersetzen.
Zuordnungsliste
Bauteil Operand Kommentar
S1Taster„ START“
B1SensorWerkstückt räger
1B1SensorKolben ausgefahren
1M1Zylinderausfahren
1M2Zylindereinfahren
Schalttabelle
Einpressen Anheben
S1 B1 1M1 1B1 1M2
Sprache FBS
(Funktionsbaustein-Sprache)
Sprache AWL
(Anw eisungsliste)
Lfd. Nr.
SpeicherAdresse
Steueranweisung
1
2
3
4
5
6
7
8
Sprache KOP
(Kontaktplan)
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