Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Pneumatik und Elektropneumatik

Pneumatik an Werkzeugmaschinen und Vorrichtungen: Kolbenkraft, Ringfläche, Druck, Wegeventile, Anschlüsse, Druckluftaufbereitung und Spannsicherheit.

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Darum geht es

Druckluft betätigt an Werkzeugmaschinen Spannvorrichtungen, Klappen und Türen, bläst beim Werkzeugwechsel den Spindelkegel aus und hält als Sperrluft Kühlschmierstoff von Glasmaßstäben fern. Sie wird gefiltert, auf den Arbeitsdruck geregelt und über Wegeventile auf die Zylinder geschaltet. Manometer zeigen den Überdruck; der absolute Druck ist rund 1 bar höher. Die Anschlüsse eines Wegeventils sind genormt: 1 Zuluft, 2 und 4 Arbeitsleitungen, 3 und 5 Entlüftung.

Die Kolbenkraft ist Druck mal Fläche mal Wirkungsgrad, der die Reibung der Dichtungen berücksichtigt. Ein bar entspricht 0,1 N/mm². Beim Einfahren eines doppeltwirkenden Zylinders wirkt der Druck nur auf die Ringfläche zwischen Kolben und Kolbenstange, die Kraft ist also kleiner. Beim einfachwirkenden Zylinder arbeitet die Rückstellfeder gegen die Luftkraft. Die Geschwindigkeit stellt man meist mit Drosselrückschlagventilen in der Abluft ein; für sehr langsame, gleichmäßige Vorschübe braucht man wegen der Zusammendrückbarkeit der Luft eine hydraulische Bremse.

Beim Spannen von Werkstücken ist die Sicherheit bei Druckabfall entscheidend. Federspannende Zylinder oder entsperrbare Rückschlagventile halten die Spannkraft, ein Druckschalter meldet der Steuerung den Spanndruck. Erst dann werden Spindel und Vorschub freigegeben. Bei der Inbetriebnahme wird langsam belüftet und die Funktion schrittweise geprüft.

Das solltest du dir merken

Kraft gleich Druck mal Fläche mal Wirkungsgrad, 1 bar = 0,1 N/mm².
Beim Einfahren zählt nur die Ringfläche.
Manometer zeigen Überdruck, absolut ist es etwa 1 bar mehr.
Anschluss 1 Zuluft, 2 und 4 Arbeitsleitungen, 3 und 5 Abluft.
Spannen nur mit Spanndrucküberwachung und Sicherung gegen Druckabfall.

Formeln

Kolbenkraft beim Ausfahren: $F = p \cdot A \cdot η A = \frac{π \cdot D ^{2}}{4}$; $p$ in N/mm² (1 bar = 0,1 N/mm²), $D$ Kolbendurchmesser in mm, $η$ Wirkungsgrad
Kolbenkraft beim Einfahren: $F = p \cdot \frac{π}{4} \cdot (D^{2} - d^{2}) \cdot η$; $d$ Kolbenstangendurchmesser in mm
Einfachwirkender Zylinder mit Feder: $F = p \cdot A \cdot η - F_{F}$; $F_{F}$ Federkraft in der betrachteten Stellung

Typische Fehler in der Prüfung

Bar nicht in N/mm² umgerechnet und so eine zehnfach zu große Kraft erhalten.
Beim Einfahren mit der vollen Kolbenfläche gerechnet.
Die Federkraft beim einfachwirkenden Zylinder vergessen.
Mit π · D² gerechnet und das Teilen durch 4 vergessen.

Tipps aus der Werkstatt

Rechne Druck immer zuerst um: 6 bar sind 0,6 N/mm². Dann Fläche in mm² mal Druck, fertig ist die Kraft in N. Beim Einfahren zieh die Kolbenstange ab, also π/4 mal (D² − d²). Der häufigste Fehler ist die volle Kolbenfläche beim Rückhub.

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

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Zerspanungsmechaniker/-in, Lernfeld 7 (Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.