Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Elektropneumatik

Elektropneumatik in Vorrichtungen und Pressen: Ventilbauarten bei Energieausfall, Vakuum, Zangenvorschub, Ventilinseln, Spannkontrolle, Zylinderauslegung.

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Darum geht es

In der Elektropneumatik verarbeiten Taster, Sensoren, Relais oder eine SPS die Signale elektrisch, die Arbeit verrichten Druckluftzylinder. Das Bindeglied ist das Magnetventil: Seine Spule, meist für 24 V Gleichspannung, schaltet bei größeren Ventilen nur ein Vorsteuerventil, die Kraft zum Umschalten liefert die Druckluft selbst. In Werkzeugbau und Vorrichtungsbau findet man Elektropneumatik in Spann- und Prüfvorrichtungen, an Zangenvorschüben von Stanzautomaten, bei Blasluft und Vakuumsaugern zur Teileentnahme. Der Unterdruck für Sauger entsteht meist in Ejektoren nach dem Venturiprinzip.

Bei der Planung legt man zuerst fest, welche Stellung bei Energieausfall sicher ist. Ein 5/2-Ventil mit Federrückstellung fährt den Zylinder in die Grundstellung, ein Impulsventil behält seine letzte Stellung, ein 5/3-Ventil mit gesperrter Mittelstellung hält den Zylinder an, eines mit entlüfteter Mittelstellung macht ihn kraftlos. Ob wirklich gespannt ist, meldet ein Druckschalter in der Zylinderleitung, nicht die Leuchtdiode im Ventilstecker. Ventilinseln mit Feldbusanschluss sparen Verdrahtung, liefern Diagnosedaten und erlauben kurze Schläuche.

Zylinder legt man über die Kolbenfläche aus: Beim Ausfahren wirkt die volle Kolbenfläche, beim Einfahren nur die Ringfläche ohne Kolbenstange. Reibung berücksichtigt der Wirkungsgrad, Unsicherheiten ein Sicherheitsfaktor; gewählt wird der nächstgrößere Normdurchmesser. Vor Arbeiten an der Pneumatik wird die Anlage gesichert, hängende Lasten werden abgestützt und erst dann entlüftet; nach dem Tausch baut ein Einschaltventil den Druck langsam auf.

Das solltest du dir merken

Erst die sichere Stellung bei Energieausfall festlegen, dann das Ventil wählen.
Beim Einfahren zählt nur die Ringfläche, beim Ausfahren die volle Kolbenfläche.
1 N/mm² entspricht 10 bar.
Spannkontrolle über Druckschalter in der Zylinderleitung, nicht über die Ventil-LED.
Hängende Lasten vor dem Entlüften mechanisch abstützen.

Formeln

Kolbenkraft: $F = p \cdot A \cdot η$; $F$ in N, $p$ in N/mm² (bar durch 10), $A$ Kolben- oder Ringfläche in mm², $η$ Wirkungsgrad
Ringfläche: $A_{R} = \frac{π}{4} \cdot (D^{2} - d^{2})$; $A_{R}$ in mm², $D$ Kolbendurchmesser in mm, $d$ Kolbenstangendurchmesser in mm
Mindestdurchmesser: $D = \frac{4 \cdot F \cdot S}{π \cdot p \cdot η}$; $D$ in mm, $F$ nötige Kraft in N, $S$ Sicherheitsfaktor, $p$ in N/mm², $η$ Wirkungsgrad

Typische Fehler in der Prüfung

Einfahrkraft mit der vollen Kolbenfläche gerechnet.
Druck in bar direkt mit mm² multipliziert; das Ergebnis ist zehnfach zu groß.
Impulsventil gewählt, obwohl der Zylinder bei Stromausfall in eine sichere Grundstellung fahren soll.
Vorgesteuertes Ventil ohne Druck mit der Handhilfsbetätigung geprüft und für defekt gehalten.

Tipps aus der Werkstatt

Erst fragen, was bei Stromausfall passieren soll: Federrückstellung fährt in die Grundstellung, Impulsventil bleibt, 5/3 gesperrt hält an. Einfahrkraft nur mit der Ringfläche rechnen, und bar durch 10 ergibt N/mm².

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Elektropneumatik“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Werkzeugmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 8 (Planen und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme); DIN ISO 1219-1. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.