Pneumatic Cylinders

Für schwere Industrieanwendungen mit hohen Kräften und langen Hüben sind Profilzylinder nach ISO 15552 die erste Wahl. Die AVENTICS PRA/TRB-Baureihe von Emerson ist für Betriebsdrücke bis 10 bar ausgelegt, deckt Bohrungsdurchmesser von 32 bis 125 mm ab und ist mit einstellbarer pneumatischer Endlagendämpfung sowie umfangreichem Normzubehör verfügbar.

Bei Anwendungen mit nennenswerten Querkräften auf die Kolbenstange sind geführte Zylinder oder Linearschlitten vorzuziehen. Für die Bohrungsauslegung gilt: F = p × A mit einem Sicherheitsfaktor von 1,25 auf den theoretischen Kolbenkraftwert.

Doppeltwirkende Zylinder werden eingesetzt, wenn in beiden Bewegungsrichtungen kontrollierte Kraft benötigt wird: bei Gegenlasten im Rückhub, bei der Notwendigkeit zur Geschwindigkeitskontrolle in beiden Richtungen oder im kontinuierlichen Taktbetrieb.

Einfachwirkende Zylinder mit Federkraft-Rückhub eignen sich, wenn die Anlage im drucklosen Zustand eine definierte Sicherheitsposition einnehmen soll oder der Rückhub durch Schwerkraft oder Feder ausreichend ist. 

Beide Ausführungen sind in der AVENTICS PRA-Baureihe von Emerson verfügbar, in Bohrungen von 32 bis 125 mm und Hüben bis 1.000 mm.

Für dauerhaften Außeneinsatz und den Kontakt mit aggressiven Reinigungsmitteln sind Edelstahlzylinder (Werkstoff 1.4301 oder 1.4404) die zuverlässigere Wahl. Edelstahl widersteht Korrosion ohne Oberflächenbehandlung und ist für Schutzarten bis IP67 geeignet.

Aluminiumzylinder sind leichter und kostengünstiger; mit hartanodisierter Oberfläche eignen sie sich für mäßig feuchte Umgebungen, sind aber bei dauerhaftem Kontakt mit chlorhaltigen Reinigungsmitteln oder Salzwasser ungeeignet.

Für platzkritische Anwendungen bietet Emerson zwei Hauptoptionen:

• Die AVENTICS CCI-Baureihe (ISO 21287) ist bis zu 60 % kürzer als Standardzylinder nach ISO 15552 bei gleichem Bohrungsdurchmesser. Verfügbar in Bohrungen von 16 bis 100 mm mit optionalem Magnetkolben und Edelstahl-Kolbenstange.
• Für Hübe, bei denen auch die Kolbenstangen-Ausfahrlänge problematisch ist, eignet sich die kolbenstangenlose AVENTICS RTC-Baureihe. Hübe bis mehrere Meter sind bei sehr kompaktem Querschnitt realisierbar.

Die fünf entscheidenden Auswahlkriterien:

• Normkonformität (ISO 6431, ISO 15552): Sichert Austauschbarkeit und Kompatibilität mit Normzubehör.
• Lebensdauerspezifikation: Dokumentierte Angaben in Millionen Zyklen oder Gesamthubkilometern ermöglichen Wartungsplanung.
• Dichtungsmaterial: NBR für Standarddruckluft, FKM für höhere Temperaturen und chemische Beständigkeit.
• Schutzart: IP54 als Minimum für typische Maschinenumgebungen, IP65 oder höher bei Reinigungsbetrieb.
• Ersatzteilversorgung: Langfristige Verfügbarkeit von Dichtkits über autorisierte Distributoren in Deutschland.

In Serienfertigungslinien mit 24/7-Betrieb sind drei Eigenschaften entscheidend: Endlagendämpfungsqualität, Maßkonstanz über Chargen und schnelle Ersatzteilversorgung.

Die selbsteinstellende pneumatische Endlagendämpfung der AVENTICS PRA-Zylinder reduziert Stoßbelastungen bei hohen Taktfrequenzen und verlängert die Lebensdauer angrenzender Maschinenkomponenten. Enge Fertigungstoleranzen ermöglichen direkten Austausch ohne Nachjustierung bei Linienerweiterungen.

Dichtkits und Zubehör sind über das Emerson-Distributorennetz in Deutschland kurzfristig verfügbar.

Emerson bietet folgende AVENTICS-Zylinderbaureihen im Katalog:

Alle Baureihen sind mit Magnetkolben und Positionssensoren kombinierbar.

Für raue Umgebungen sind folgende Merkmale entscheidend:

• Schutzart IP65 oder IP67 nach IEC 60529 schützt vor Strahlwasser und vollständigem Staubeintrag.
• Kolbenstangendichtung mit integriertem Abstreifer verhindert das Einschleppen von Schmutzpartikeln in den Zylinderinnenraum.
• Hartanodisiertes Gehäuse oder Edelstahl schützt vor mechanischer Abrasion und chemischen Angriffen.
• Kolbenstange aus hartverchromtem Stahl oder Edelstahl verhindert Riefen durch Partikelabrieb, die zu Dichtungsleckage führen.

AVENTICS-Edelstahlzylinder und Baureihen mit Schutzrohr aus dem Emerson-Katalog sind für diese Bedingungen entwickelt.

Qualität bei Pneumatikzylindern ist messbar durch folgende Nachweise:

• Lebensdauerangaben im Datenblatt: Millionen Schaltzyklen oder Gesamthubkilometer unter definierten Bedingungen. Ohne diese Angaben ist Wartungsplanung nicht möglich.
• CE-Kennzeichnung und Konformitätserklärung: Pflicht für alle in EU-Maschinen eingesetzten Zylinder nach Maschinenrichtlinie 2006/42/EG.
• ISO-Normkonformität: Ermöglicht Austausch und Normzubehör-Kompatibilität.
• Ersatzteilökosystem: Dichtkits mit klar definierten Artikelnummern, langfristig über autorisierte Distributoren verfügbar.
• AVENTICS-Zylinder von Emerson erfüllen alle genannten Anforderungen und werden mit vollständiger technischer Dokumentation geliefert.

Ungleichmäßige Kolbenbewegung hat vier typische Ursachen:

• Verschlissene Dichtungen: Dichtkits-Tausch im Rahmen der planmäßigen Wartung behebt das Problem ohne Zylinderaustausch.
• Kontaminierte Druckluft: Wartungseinheit, Wasserabscheider und Druckluftfilter prüfen und reinigen oder wechseln.
• Seitenbelastung auf die Kolbenstange: Anbausituation prüfen, Gelenkköpfe oder externe Führungen ergänzen.
• Falsch eingestellte Drosselrückschlagventile: Strömungsregelung neu kalibrieren.
• Dichtkits für AVENTICS-Zylinder sind direkt über Emerson Deutschland bestellbar.

Die Grundformel lautet: F = p × A, wobei F die Schubkraft in Newton, p der Betriebsdruck in Pascal und A die Kolbenfläche in Quadratmetern ist.

Beispiel: 10 kN bei 6 bar erfordern eine Kolbenfläche von 0,0167 m², entsprechend einem Bohrungsdurchmesser von ca. 146 mm. Mit Sicherheitsfaktor 1,25 wird eine 160-mm-Bohrung gewählt (theoretische Kraft ca. 12 kN).

Weitere Faktoren: Knicklängenberechnung bei langen Hüben unter Drucklast, Gegendruck bei doppeltwirkenden Zylindern, Massenträgheit und Fahrgeschwindigkeit für die Endlagendämpfungsauslegung.

Emerson stellt Online-Auslegungswerkzeuge und ein deutsches Ingenieurteam zur Verfügung.

Für Lebensmittel- und Pharmaumgebungen gelten folgende kumulierte Anforderungen:

• Schutzart: Mindestens IP65 für Spritzwasser, IP67 oder IP69K für Hochdruckreinigung.
• Dichtungswerkstoffe: FDA-konforme Elastomere (NBR oder EPDM nach FDA 21 CFR) für alle medienberührenden Dichtungen.
• Werkstoff und Oberfläche: Edelstahl 1.4404 (316L) mit Ra unter 0,8 µm, ohne Toträume und Spalte nach Hygienic-Design-Grundsätzen (EHEDG).
• Dokumentation: Werkstoffzeugnis 3.1 nach EN 10204 für metallische Bauteile. NSF-H1-Schmierstoff für alle Stellen mit potenziellem Lebensmittelkontakt.

Die AVENTICS CSL-RD-Baureihe von Emerson erfüllt diese Anforderungen vollständig.