6

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

-2

-3

-4

-5

-7

-8

-12

-13

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

-1

-2

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)