Die ideale Befestigung für Pneumatikzylinder wählen: Schlüsselfaktoren für Spitzenleistung

Von Vitor Rangel, Product Marketing Specialist, Actuators, von Emerson

Wenn Sie einen pneumatischen Aktuator ausgewählt haben, der für Ihre Anwendung richtig dimensioniert ist, ist es nun an der Zeit zu entscheiden, wie Sie ihn montieren. Die Auswahl der besten Montagekonfiguration für Ihre Zylinderanwendung ist eine kritische Designentscheidung, um optimale Leistung zu gewährleisten und die Lebenserwartung des Zylinders zu maximieren.

Um Installation und weltweiten Austausch zu erleichtern, sind die meisten Zylindermontagen nach NFPA- oder ISO-Normen gefertigt. Obwohl zahlreiche Variationen verfügbar sind, fallen Montagestile typischerweise in eine von drei Hauptkategorien: feste Mittellinienmontagen, feste nicht-zentrierte Montagen und schwenkbare Mittellinienmontagen.

Bei der Auswahl der richtigen Montage für die Anwendung ist der primäre Aspekt die Anwendung selbst. In den meisten Fällen bestimmen die beabsichtigte Funktion des Aktuators und die Anwendungsanforderungen oder -einschränkungen weitgehend, welchen Montagetyp man wählt. Zu berücksichtigende Schlüsselfaktoren sind der Zylinderhub (lang vs. kurz), die Bewegungsebene (horizontal, vertikal oder entlang eines Kurvenpfads), die Lastgröße und der Lastzustand (geführt vs. ungeführt), die Säulenfestigkeit der Kolbenstange und der Installationsraum. In manchen Fällen kann auch das Material der Montage relevant sein, abhängig von seinen mechanischen Eigenschaften und der Anwendungsumgebung.

Es ist erwähnenswert, dass all diese Faktoren auch für Hochdruck-Hydraulikzylinder gelten, bei denen der Betriebsdruck ebenfalls ein entscheidender Faktor werden kann. Bestimmte Zylindermontagen haben reduzierte Druckwerte, um vorzeitige Ausfälle durch übermäßige Scher- und Biegespannungen zu verhindern, die durch die hohen Kräfte und Betriebsdrücke solcher Konstruktionen entstehen können.

Wie die korrekte Einstellung der Dämpfung kann eine nicht sorgfältig gewählte Montagekonfiguration zu vorzeitigen Zylinderausfällen führen. Daher möchten wir Ihnen einige Richtlinien und Best Practices an die Hand geben, um Probleme im Zusammenhang mit der Zylindermontage zu vermeiden.

Zylindermontage-Terminologie verstehen

Im Allgemeinen besteht die Kodifizierung der von NFPA und ISO abgedeckten Zylindermontagetypen aus zwei Buchstaben und einer Zahl, wie in den NFPA-Beispielen unten gezeigt:

Feste Mittellinienmontagen – Montagetypen MX1, MX2, MX3, MF1, MF2, MF5, MF6, ME3, ME4, MS3.

Feste nicht-zentrierte Montagen – Montagetypen MS1, MS2, MS4, MS7

Schwenkbare Mittellinienmontagen – Montagetypen MP1, MP2, MP3, MP4, MT1, MT2, MT4, MU3

Der erste Buchstabe gibt an, ob es sich um eine Montage (M) oder ein Zubehör (A) handelt, der zweite Buchstabe bezeichnet den Stil:

B – Gehäuse
E – Deckel/Boden
F – Flansch
P – Schwenk

R – Gewindezapfen
S – Fuß oder Laschen
T – Trunnion
X – Stiftschrauben oder Zugstangen

Hinweis: Montagekodifizierungen können auch aus 3 Buchstaben bestehen. Dies ist gängige Praxis bei Doppeltstangenkonfigurationen, wo der Buchstabe (D) zur Standardbezeichnung hinzugefügt wird (z. B. MDF1 – Doppeltstangenzylinder mit Frontflanschmontage).

Nachdem wir die Grundlagen der Montagenomenklatur behandelt haben, werfen wir nun einen Blick auf die spezifischen Vor- und Nachteile jeder der Hauptmontagekategorien.

Feste Mittellinienmontagen

Wie der Name andeutet, eignen sich feste Mittellinienmontagen am besten für Anwendungen, bei denen der Zylinderschub auf der Mittellinie der Kolbenstange fokussiert ist. Mit der so fokussierten Kraft kann der Zylinder am Kopfende oder am Bodenende über quadratische oder rechteckige Flansche, verlängerte Zugstangen oder mit Mittellinienlaschen (wobei diese Methode seltener verwendet wird) befestigt werden. Feste Mittellinienmontagen eignen sich für Geradeauskraftanwendungen und neigen dazu, beim Ausfahrhub stabiler gegen Schwenken zu sein. Flanschmontagen bieten gute Festigkeit und Steifigkeit, aber geringe Toleranz für Fehlausrichtung, während verlängerte Zugstangenkonstruktionen weniger steif, aber modularer sind und größere Montageflexibilität ermöglichen.

Bei der Wahl einer festen Mittellinienmontage ist es wichtig, sich einiger zusätzlicher Punkte bewusst zu sein. Um Fehlausrichtung und Durchbiegung unter Last zu verhindern, sollte man die Zylindermontage an einer starren Struktur (Maschinengestell) befestigen und, wenn möglich, sicherstellen, dass der Bewegungsweg des Stangenendes linear und geführt ist, da dies andernfalls dazu führen könnte, dass der Pneumatikzylinder klemmt. Bei Langhubzylindern kann auch das freie Ende des Zylindergestells zusätzliche Unterstützung benötigen, um einige der zuvor genannten Probleme zu vermeiden.

Feste nicht-zentrierte Montagen

Bei festen nicht-zentrierten Montagen ist der Zylinderschub parallel, aber nicht auf der Mittellinie der Kolbenstange ausgerichtet. Dieser Montagestil ist wahrscheinlich der einfachste zu montieren und ermöglicht einen einfachen, unkomplizierten Service und Austausch. Der Zylinder kann über Endlaschenmontage, Seitenlaschenmontage oder seitliche Gewindemontage befestigt werden.

Die versetzte Schublinie dieses Montagestils erfordert besondere Berücksichtigung, da sie Biegespannungen und zusätzliche Lasten auf die Montageschrauben ausübt, die dazu führen können, dass die Schrauben im Laufe der Zeit verschleißen oder sich lockern. Daher muss diese Montage zur Maximierung der Lebensdauer und Sicherheit sehr gut ausgerichtet sein; die Last sollte in einem präzisen, linearen Pfad verlaufen und sowohl horizontal als auch vertikal gut unterstützt und geführt werden. Starre montierte Zylinder tolerieren keine konstante feste Fehlausrichtung, besonders bei vollem Einfahren. Ein geringfügige Fehlausrichtung, die null bei vollem Einfahren ist und mit dem Hub nur sehr leicht zunimmt, ist bei schwerlastigen Konstruktionen typischerweise akzeptabel.

Schwenkbare Mittellinienmontagen

Schwenkbare Mittellinienmontagen werden allgemein in Anwendungen eingesetzt, wo der Lastpfad gekrümmt ist oder Fehlausrichtung ein Problem darstellt und nicht vermieden werden kann. Bei diesem Montagestil kann die Mittellinie des Zylinders in eine oder mehrere Richtungen schwenken, wobei die Hauptbewegung meist in einer Ebene erfolgt. Kugelgelenk-, Gabel- und Trunnionmontagen sind alles Beispiele für schwenkbare Mittellinienmontagen.

Die Gabelmontage ist eine der vielseitigsten und am weitesten verbreiteten Montagen und eignet sich am besten für Kurzhub-, mittelgroße oder kleinere Bohrungszylinderanwendungen. Eine Trunnionmontage hingegen kann in Anwendungen eingesetzt werden, in denen normalerweise eine Gabelmontage verwendet würde, diese aber die Gesamtlänge des Zylinders übermäßig machen würde.

Für Langhub- und/oder schwere Zylinder ist die mittige oder mittlere Trunnionmontage am besten. Generell trägt diese Montage das Gewicht des Zylinders und sollte in der Nähe des Schwerpunktes des Zylinders zum Zeitpunkt des maximalen Schubs positioniert werden.

Die Kugelgelenkmontage ist auch ein häufiger und besonderer Stil der schwenkbaren Mittellinienmontagen. Sie besteht aus einem Kugellager und ermöglicht eine gewisse Winkelbewegung (üblicherweise 5 bis 10 Grad) in einer Ebene senkrecht zur Hauptebene der Schwenkbewegung und sollte in Verbindung mit einem Schmiernippel für maximale Effektivität und Wartbarkeit verwendet werden.

Last but not least: Bei der Betrachtung schwenkbarer Mittellinienmontagen ist es wichtig zu bedenken, dass auch die Stangenendbefestigung des Zylinders schwenken können sollte, und es ist am besten, die Zubehörhalterungen und Passstifte des Zylinderherstellers zu verwenden, um eine korrekte Passung und Funktion zu gewährleisten.

Zusätzliche Überlegungen zur Optimierung der Zylinderleistung

Wie im gesamten Artikel angedeutet, ist es zur Erhaltung der Lebensdauer Ihres Zylinders und zur Gewährleistung von Spitzenleistung sehr wichtig, den Zylinderschub so nah wie möglich an der Mittellinie der Kolbenstange zu halten und frei von Fehlausrichtung oder Seitenkraft. Exzentrischer Schub und Seitenlasten verkürzen die erwartete Lebensdauer von Stangenlagerung und Stangendichtung erheblich und sollten auf jeden Fall vermieden werden.

Zusätzlich zum Montagestil gibt es mehrere andere Aspekte, die bei der Installation eines Zylinders nicht übersehen werden sollten. Man sollte vermeiden, den exponierten Teil der Kolbenstange zu beschädigen. Gewindeteile sollten auf das spezifizierte Drehmoment angezogen und fest gegen die Gewindeschultern gezogen werden, um Biegung zu minimieren und Ermüdungsspannungen zu reduzieren. Übermäßige Rotation der Kolbenstange im Zylinder sollte vermieden werden, um mögliche Beschädigungen des Zylinderrohrs und der Kolbendichtungen zu verhindern. Schließlich sollte zusätzliche Unterstützung oder die Einbindung einer Zwischenmontage in Betracht gezogen werden, um schädliches Durchhängen bei Langhubzylindern zu verhindern.

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