Aufprallkraft eines Pneumatikzylinders berechnen und Ihre

Aus bewegter Masse, Geschwindigkeit, Antriebskraft und Stoppweg können Sie die Energie und die mittlere Stoppkraft eines Pneumatikzylinders abschätzen. Eine belastbare Spitzenaufprallkraft lässt sich jedoch nicht allein aus Masse, Geschwindigkeit und Weg berechnen. Die Spitzenkraft hängt außerdem vom tatsächlichen Verzögerungsverlauf, der Kontaktsteifigkeit, der Dämpfung, der Druckdynamik und der Strukturantwort ab.

Diese Abgrenzung ist wichtig, wenn die Anlage geschützt werden soll. Mit einer korrekten Energieberechnung können Sie eine Dämpfung oder einen Stoßabsorber vorab bewerten. Die zulässige Spitzenlast der Maschine muss jedoch anhand eines Kraft-Zeit-Verlaufs, einer vom Hersteller bereitgestellten Kraftkurve oder eines validierten dynamischen Modells geprüft werden.

Mittlere Stoppkraft ist die absorbierte Energie geteilt durch den wirksamen Stoppweg. Spitzenaufprallkraft ist die höchste momentane Reaktion während des Ereignisses. Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit ist die lokale Kolben- oder Schlittengeschwindigkeit, sobald die Stoppvorrichtung mit der Verzögerung der bewegten Baugruppe beginnt.

Wichtigste Erkenntnisse

Parker gibt an, dass die Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit typischerweise etwa 50 % über der mittleren Hubgeschwindigkeit liegt.

Die bekannte Energie-durch-Weg-Gleichung liefert eine mittlere Trägheitskraft, nicht die Spitzenaufprallkraft.

Berücksichtigen Sie die weiterwirkende Zylinder- und Gewichtskraft, wenn die gewählte Gerätemethode dies verlangt.

Prüfen Sie die Spitzenlast im tatsächlichen Lastpfad von Halterung, Führung, Anschlag oder Rahmen.

Was berechnet die Formel für die Aufprallkraft eines Pneumatikzylinders tatsächlich?

Parker weist darauf hin, dass die Kolbengeschwindigkeit beim Beginn der Dämpfung typischerweise etwa 50 % über der mittleren Hubgeschwindigkeit liegt. Daher muss bereits die Eingangsgeschwindigkeit sorgfältig definiert werden. Mit dieser Geschwindigkeit und einem bekannten Stoppweg liefert die übliche Arbeits-Energie-Berechnung eine mittlere Trägheits-Stoppkraft, nicht die kurze Spitze, die die Maschine erfährt (Parker-P1F-Katalog).

Beginnen Sie mit der translatorischen kinetischen Energie:

E_k = \frac{1}{2} m v_c^2

Dabei gilt: $E_k$ ist die kinetische Energie in Joule, $m$ ist die gesamte translatorisch bewegte Masse in Kilogramm und $v_c$ ist die Geschwindigkeit beim Eintritt in die Dämpfung oder den Anschlag in Metern pro Sekunde. Die Masse umfasst Kolben oder Schlitten, Werkzeug, Nutzlast, bewegte Halterungen und jede Mechanik, deren Bewegung auf die Zylinderachse abgebildet wird.

Wenn diese Energie über einen wirksamen Stoppweg $s$ abgebaut wird, lautet die energieäquivalente mittlere Trägheitskraft:

F_{\mathrm{inertia,avg}} = \frac{E_k}{s} = \frac{m v_c^2}{2s}

$F_{\mathrm{inertia,avg}}$ ist ein Mittelwert über den angegebenen Weg. Die Gleichung setzt voraus, dass die bewegte Masse auf null Geschwindigkeit abgebremst wird, und beschreibt nicht, wie sich die Kraft während des Stopps verändert. Wenn dieses Ergebnis als „Spitzenaufprallkraft“ bezeichnet wird, erhält eine Vorauslegungsrechnung mehr Aussagekraft, als ihr zusteht.

Die Bezeichnung gehört zum Zahlenwert. Dokumentieren Sie das Ergebnis als mittlere Trägheits-Stoppkraft über den nutzbaren Stoppweg. Wenn eine Zeichnung oder Risikobeurteilung eine Reaktionsspitze verlangt, legen Sie dafür einen separaten Prüfpunkt an, statt die mittlere Kraft stillschweigend wiederzuverwenden.

Für die umfassendere Methode zu Energie und Lastpfad siehe den vollständigen Leitfaden zur Kraft am Hubende. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Berechnungsgrenze und die Nachweise, die zum Schutz eines bestimmten Anlagenteils erforderlich sind.

Welche Eingangsgrößen gehören in die Berechnung?

Festo nennt fünf Einflüsse auf die einstellbare pneumatische Dämpfung: bewegte Masse, Geschwindigkeit bei der Dämpfung, erforderliche Verzögerung, Betriebsdruck und Zylinderwiderstand. Diese Aufzählung zeigt, warum Nutzlast und Reglerdruck allein nicht ausreichen. Die Berechnung muss die installierte Bewegung, Stoppvorrichtung, Bewegungsrichtung und Produktionsrate abbilden (Festo-Leitfaden zur Zylinderdämpfung).

Legen Sie für jede Bewegungsrichtung und jedes Lastrezept eine eigene Eingabezeile an. Ausfahren und Einfahren können unterschiedliche wirksame Flächen, Prozesskräfte, bewegte Baugruppen und Vorzeichen der Gewichtskraft besitzen.

Eingangsgröße	Einheit	Verwenden	Häufiger Fehler
Gesamte bewegte Masse, $m$	kg	Kolben oder Schlitten, Werkzeug, Nutzlast, bewegte Halterungen, abgebildete Mechanikmasse	Nur die Nutzlast verwenden
Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit, $v_c$	m/s	Gemessene lokale Geschwindigkeit oder konservative validierte Schätzung	Hub durch gesamte Zykluszeit teilen
Wirksamer Stoppweg, $s$	m	Nutzbare Dämpfungslänge oder Arbeitsweg des Absorbers	Gesamten Zylinderhub verwenden
Resultierende weiterwirkende Antriebskraft, $F_d$	N	Dynamische Druck-Flächen-Kraft abzüglich belastbarer Gegenkräfte	Theoretische Kraft beim statischen Reglerdruck verwenden
Gewichtskraft entlang des Bewegungswegs, $F_g$	N	Vorzeichenbehaftete Komponente, die den Stopp unterstützt oder ihm entgegenwirkt	Vertikale Bewegungsrichtung ignorieren
Dauerhafte Ereignisrate, $n_h$	1/h	Schlechteste kontinuierliche Produktionsrate	Tagesmittelwert verwenden
Gerätegrenzen	J/Ereignis, J/h, m/s, kg	Exaktes Modell und installierte Einbaulage	Andere Bohrung oder Baureihe kopieren
Zulässige Anlagenlast	N, J, mm, ms	Zeichnung, Bauteilnennwert oder verifizierte Konstruktionsanforderung	Mittlere Kraft mit einer nicht spezifizierten Spitzenlastgrenze vergleichen

Verwenden Sie den dynamischen Druck an den Zylinderanschlüssen, wenn die Antriebsarbeit relevant ist. Lange Schläuche, Ventile, Schalldämpfer und Drosseln können dazu führen, dass der Kammerdruck während der Verzögerung vom Reglerdruck abweicht. Der Leitfaden zu Druck- und Flächenkräften behandelt diese Kräftebilanz separat.

Wie sollte die Geschwindigkeit ermittelt werden? Eine Wegaufzeichnung mit ausreichender Abtastrate kann die lokale Steigung nahe dem Dämpfungseintritt liefern. Ein geeigneter Geschwindigkeitssensor ist besser, wenn sich die Bewegung schnell ändert. Wenn nur die gesamte Hubzeit verfügbar ist, behandeln Sie den daraus abgeleiteten Mittelwert als Schätzung und wenden Sie die genaue Auslegungshilfe des Herstellers an, statt einen allgemeinen Multiplikator zu erfinden.

Video: Einstellbare Dämpfung – Vorteile von AVENTICS. Die Herstellerdemonstration vergleicht einen gewöhnlichen Endaufprall mit einer einstellbaren pneumatischen Dämpfung.

Mittlere Stoppkraft Schritt für Schritt berechnen

Die Auswahlhilfe von SMC enthält ein konkretes Beispiel für Masse und Geschwindigkeit: Ein luftgedämpfter CM2-Zylinder mit 40-mm-Bohrung und einer bewegten Masse von 50 kg ist unter der dargestellten Bedingung auf 300 mm/s begrenzt. Das Beispiel ist eine Kataloggrenze, keine allgemeine Regel, und zeigt, warum die Berechnung mit einer Prüfung des exakten Modells enden muss (SMC-Auswahlhilfe für Luftzylinder).

Betrachten Sie einen horizontalen Transfer mit folgenden Eingaben:

Gesamte bewegte Masse: 15 kg
Gemessene Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit: 1,2 m/s
Nutzbarer Stoppweg: 12 mm oder 0,012 m
Resultierende Zylinderantriebskraft über die Stoppzone: 500 N
Dauerhafte Stoppereignisse: 900 pro Stunde

Berechnen Sie zuerst die kinetische Energie:

E_k = \frac{1}{2}(15\,\mathrm{kg})(1.2\,\mathrm{m/s})^2 = 10.8\,\mathrm{J}

Berechnen Sie anschließend die Arbeit, die der Zylinder während des Weiterdrückens verrichtet:

E_d = F_d s = (500\,\mathrm{N})(0.012\,\mathrm{m}) = 6.0\,\mathrm{J}

Da die Bewegung horizontal ist, verrichtet die Gewichtskraft entlang der Achse keine Arbeit. Die Ereignisenergie beträgt daher:

E_{\mathrm{event}} = E_k + E_d = 16.8\,\mathrm{J}

Die erforderliche mittlere Widerstandskraft über den vollständigen nutzbaren Weg beträgt:

F_{\mathrm{resist,avg}} = \frac{E_{\mathrm{event}}}{s} = \frac{16.8\,\mathrm{J}}{0.012\,\mathrm{m}} = 1400\,\mathrm{N}

Das Ergebnis von 1.400 N besteht aus zwei Anteilen: 900 N mittlere Trägheitskraft und 500 N entgegen der weiterwirkenden Antriebskraft. Es ist dennoch keine Spitzenkraft. Eine Dämpfung, die den Druck spät aufbaut, ein durchgeschlagener Stoßabsorber, ein harter Anschlag mit geringer Nachgiebigkeit oder eine flexible Halterung können jeweils eine andere maximale Reaktion erzeugen.

Berechnen Sie abschließend die dauerhafte Energieleistung:

E_{\mathrm{hour}} = E_{\mathrm{event}} n_h = (16.8\,\mathrm{J})(900\,\mathrm{h^{-1}}) = 15120\,\mathrm{J/h}

Vergleichen Sie 16,8 J pro Ereignis und 15.120 J/h mit den Grenzwerten der exakten Stoppvorrichtung. Prüfen Sie auch deren zulässigen Aufprallgeschwindigkeits- und effektive-Masse-Bereich. ACE führt Energie pro Zyklus, Energie der Antriebskraft, Gesamtenergie pro Zyklus und Gesamtenergie pro Stunde als getrennte Größen für die Stoßabsorberauswahl auf (ACE-Berechnungsgrundlage).

WerkzeugZylinderauslegungRechner für ZylinderdämpfungsenergieGeben Sie bewegte Masse, Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit, Antriebskraft, Stoppweg und Zykluszahl ein, um Ereignisenergie und mittlere Stoppkraft vor der Prüfung der Grenzwerte des exakten Geräts vorab zu bewerten.Dämpfungsenergie = (0,5 × Masse × Geschwindigkeit² + Antriebsarbeit + Hubarbeit) × SicherheitsfaktorBewegte MasseAufprallgeschwindigkeitAntriebskraftDämpfungshubRechner öffnen

Erforderlicher Stoppweg und maximale Eintrittsgeschwindigkeit

ACE definiert in seiner Berechnungsgrundlage vier getrennte Energiegrößen: kinetische Energie, Arbeit der Antriebskraft, Gesamtenergie pro Zyklus und Gesamtenergie pro Stunde. Daher ist eine Rückwärtsrechnung aus einer zulässigen Energie- oder mittleren Kraftgrenze möglich, aber erst nachdem der Ingenieur festgelegt hat, welche Grenze verwendet wird und was sie darstellt (ACE-Berechnungsgrundlage).

Angenommen, die Vorplanung weist einer kontrollierten Stoppvorrichtung eine maximale mittlere Widerstandskraft $F_{\mathrm{avg,allow}}$ zu. Sei $F_a$ die resultierende Kraft, die die Bewegung in den Stopp hinein weiter unterstützt, einschließlich Zylinderantrieb und vorzeichenbehafteter Gewichtskomponente. Der idealisierte Mindeststoppweg lautet:

s_{\mathrm{min}} = \frac{E_k}{F_{\mathrm{avg,allow}} - F_a}

Diese Gleichung ist nur sinnvoll, wenn $F_{\mathrm{avg,allow}} > F_a$ . Ist der Nenner null oder negativ, kann die vorgeschlagene mittlere Widerstandskraft die weiterwirkende äußere Kraft nicht überwinden und gleichzeitig die anfängliche kinetische Energie abbauen.

Für die Last von 15 kg bei 1,2 m/s sei das vorläufige Ziel für die mittlere Kraft 1.200 N und die weiterwirkende Antriebskraft 500 N:

s_{\mathrm{min}} = \frac{10.8\,\mathrm{J}}{1200\,\mathrm{N}-500\,\mathrm{N}} = 0.0154\,\mathrm{m}

Der idealisierte Mindestwert beträgt etwa 15,4 mm. Eine nominelle Dämpfung von 12 mm kann dieses Ziel für die mittlere Kraft unter diesen Annahmen nicht erfüllen. Größere Hublänge, geringere Eintrittsgeschwindigkeit, geringere weiterwirkende Antriebskraft oder eine andere Anschlagarchitektur sind die verfügbaren Stellgrößen.

Sie können außerdem die maximale Eintrittsgeschwindigkeit für einen bekannten nutzbaren Weg vorab bewerten:

v_{\mathrm{max,screen}} = \sqrt{\frac{2s(F_{\mathrm{avg,allow}}-F_a)}{m}}

Dies ist keine Freigabe für den Betrieb mit der berechneten Geschwindigkeit. Der exakte Zylinderanschlag oder Stoßabsorber muss weiterhin Energie, Geschwindigkeit, effektive Masse, Rücklaufzeit, Temperatur und Stundenlast aufnehmen. Wenn die Anlagengrenze ausdrücklich eine Spitzenkraft ist, setzen Sie sie nicht ohne validiertes Kraftprofil in diese Gleichungen für mittlere Kräfte ein.

Rückwärtsrechnungen machen unmögliche Anforderungen früh sichtbar. Wenn der verfügbare Weg feststeht und die unterstützende Antriebskraft nahezu der zulässigen mittleren Reaktion entspricht, kann keine Rechenmethode einen sanften Stopp erzeugen. Die Auslegung muss Geschwindigkeit, Kraft, Hub oder Lastpfad ändern.

Warum kann dieselbe Berechnung die Spitzenaufprallkraft nicht vorhersagen?

SMC veröffentlicht für CM2-Bohrungsbeispiele Dämpfungslängen von 11,0 bis 11,8 mm und absorbierbare Energien von 0,54 bis 2,35 J. Diese gekoppelten Werte unterscheiden sich je nach Modell, liefern aber dennoch keinen universellen Multiplikator für die Spitzenkraft. Für die Reaktionsspitze müssen die Kraftverteilung im Stopp und die Struktur, die sie aufnimmt, bekannt sein (SMC-Auswahlhilfe für Luftzylinder).

Die Kraft ändert sich während der Verzögerung:

F_{\mathrm{inertia}}(t) = m a(t)

$F_{\mathrm{inertia}}(t)$ ist die momentane Trägheitskraft und $a(t)$ ist die gemessene Beschleunigung. Die Reaktion an einem bestimmten Maschinenbauteil kann außerdem pneumatischen Antrieb, Gewichtskraft, Reibung, Gestängeeffekte und lokale Schwingungen enthalten. Ein Rahmenbeschleunigungssensor, eine Kraftmessdose am Anschlag und ein Druckverlauf beantworten unterschiedliche Fragen.

Betrachten Sie drei Anschläge, die dieselbe Energie über denselben Nennweg aufnehmen:

Eine progressive Dämpfung kann die Kraft allmählich aufbauen.
Ein korrekt ausgewählter hydraulischer Absorber kann die Reaktion über einen großen Teil seines Hubs verteilen.
Ein harter Anschlag kann den größten Teil der Energie erst nach dem Schließen von Spielen abbauen und dadurch einen schmalen Impuls mit hoher Amplitude erzeugen.

Alle drei können dieselbe berechnete mittlere Kraft besitzen. Ihre Spitzen und übertragenen Momente können sich erheblich unterscheiden.

Verwenden Sie Berechnungen zur Vorauslegung der Stoppanforderung, Katalogdaten zur Freigabe des Geräts und dynamische Nachweise zur Prüfung der tatsächlichen Spitzenlast der Anlage.

Wie sollte die Spitzenlast in der Anlage verifiziert werden?

ISO 4414:2010 behandelt Gefährdungen pneumatischer Systeme während Konstruktion, Installation, Einstellung, Betrieb und Wartung. ISO 12100:2010 definiert außerdem ein Verfahren zur Risikobeurteilung und Risikominderung von Maschinen. Eine Bauteilberechnung ist nur ein Eingang in diesen Prozess; sie zertifiziert die Maschine nicht und ersetzt nicht die Prüfung des installierten Lastpfads (ISO 4414; ISO 12100).

Definieren Sie zuerst die Annahmefrage. Soll der Zylinderdeckel, ein Stoßabsorber, ein Führungslager, eine Befestigungsschraube, ein geschweißter Rahmen oder das transportierte Produkt geschützt werden? Setzen Sie die Sensor- oder Modellgrenze dort, wo diese Reaktion tatsächlich übertragen wird.

Eine praktische Prüfsequenz lautet:

Bestätigen Sie die Zeichnungsgrenzen und ob es sich jeweils um zulässige Spitzenkraft, Ermüdungsbereich, Moment, Energie, Verschiebung oder Beschleunigung handelt.
Prüfen Sie Anschlagausrichtung, Führungsspiel, Montagesteifigkeit, Zustand der Befestiger, Dämpfungseinstellung und Hub des Stoßabsorbers.
Dokumentieren Sie Masse, Rezept, Richtung, Druck, Temperatur, Eintrittsgeschwindigkeit und dauerhafte Zykluszahl.
Erfassen Sie Verschiebung oder Geschwindigkeit zusammen mit Kraft, Beschleunigung oder Druck mit ausreichender Bandbreite für das Ereignis.
Prüfen Sie beide Richtungen und die plausiblen ungünstigsten Kombinationen aus Nutzlast, Geschwindigkeit, Druck und Temperatur.
Vergleichen Sie die gemessene Spitze und den Impuls mit den relevanten Grenzwerten von Bauteil und Struktur.
Wiederholen Sie die Prüfung nach der Einstellung und speichern Sie anschließend Verläufe und Einstellungen mit dem Abnahmeprotokoll der Maschine.

Nach unserer Erfahrung ist das nützlichste Prüfprotokoll in vier getrennten Spalten aufgebaut: gemessene Eingangsgröße, berechneter Vorauslegungswert, Kataloggrenze und gemessene Reaktion. So wird verhindert, dass eine Schätzung von 1.400 N mittlerer Kraft später als verifizierte Spitzenkraft von 1.400 N in einer Zeichnung erscheint.

Geräusch allein ist keine Kraftmessung. Ein leiserer Stopp kann eine Halterung über einen langen Hebelarm dennoch überlasten, und ein kurzer harter Ton kann von losem Befestigungsmaterial statt von der Dämpfung stammen. Verwenden Sie den Leitfaden zur Seitenbelastung wenn die Stoppreaktion gegenüber der Führungs- oder Zylinderachse versetzt ist.

Welche Schutzmethode sollten Sie wählen?

Das Auswahlbeispiel von SMC begrenzt einen CM2-Fall mit 50 kg und 40-mm-Bohrung auf 300 mm/s, während Parker empfiehlt, die Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit statt der mittleren Geschwindigkeit zu verwenden. Diese beiden Herstellerprüfungen schließen allgemeine Grenzwerte wie „interne Dämpfungen unter 30 kg“ oder „externe Absorber über 50 kg“ aus. Die Auswahl muss dem Kennfeld des exakten Modells folgen (SMC; Parker).

Wählen Sie den Eingriff, der die maßgebende Größe verändert:

Befund	Geeigneter nächster Schritt	Erforderlicher Nachweis
Eintrittsgeschwindigkeit zu hoch	Annäherungsgeschwindigkeit reduzieren oder ein abgestuftes Profil vorgeben	Gemessene Geschwindigkeit und überarbeitete Zykluszeit
Interne Dämpfung liegt innerhalb des Modellkennfelds	Unter realer Last in beide Richtungen einstellen	Masse-Geschwindigkeits- oder Energiedaten, Druck, kein Restaufprall oder Rückprall
Grenze der internen Dämpfung überschritten	Externen Absorber oder eine andere Stopparchitektur auswählen	Energie/Ereignis, Energie/Stunde, Geschwindigkeit, effektive Masse, Hub
Erforderliche mittlere Kraft zu hoch	Nutzbaren Stoppweg vergrößern oder Geschwindigkeit und Antriebskraft reduzieren	Neuberechneter Weg und gemessene Bewegung
Spitzenlast der Anlage weiterhin zu hoch	Kraftprofil, Stoppstelle, Steifigkeit oder Lastpfad ändern	Instrumentierte Spitze und strukturelle Prüfung
Positionsbezug gehört zum Werkzeug	Mechanischen Anschlag nahe an der geführten Last anordnen	Führungsmomente, Anschlagreaktion, Wiederholbarkeitsprüfung
Last- oder Rezeptbereich ist groß	Jede Betriebsecke validieren oder eine geeignete selbstnachstellende bzw. geregelte Lösung verwenden	Freigegebenes Masse-Geschwindigkeits-Druck-Kennfeld

Der Leitfaden zur Energie interner Dämpfungen erklärt, wie produktspezifische Nennwerte zu lesen sind. Wenn ein externes Gerät erforderlich ist, verwenden Sie den Leitfaden zur Stoßabsorberdimensionierung für effektive Masse, Stundenlast, Montage und Prüfungen des positiven Anschlags.

Behandeln Sie ein Durchflussregelventil nicht als energienennende Stoppvorrichtung. Eine reduzierte Annäherungsgeschwindigkeit kann die kinetische Energie senken, doch Dämpfung, Absorber, Puffer, Anschlag, Führung und Rahmen benötigen weiterhin jeweils eigene Abnahmen.

Häufige Fragen zur Aufprallkraft von Pneumatikzylindern

Parkers Warnung vor 50 % höherer Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit und die CM2-Beispiele von SMC mit 0,54 bis 2,35 J zeigen, warum Berechnungen zum pneumatischen Aufprall sowohl gemessene Bewegung als auch modellspezifische Grenzen benötigen. Diese fünf Antworten halten mittlere Kraftschätzungen, Reaktionsspitzen, Zylinderkraft, Stoppweg und Anlagensicherheit als getrennte technische Größen auseinander (Parker; SMC).

Ergibt Energie geteilt durch den Stoppweg die Aufprallspitzenkraft?

Nein. Die Division der absorbierten Energie durch den nutzbaren Stoppweg ergibt unter den genannten Annahmen eine mittlere, energieäquivalente Widerstandskraft. Die Spitzenkraft hängt vom tatsächlichen Kraft-Weg- oder Kraft-Zeit-Verlauf, der Kontaktsteifigkeit, der Druckdynamik, der Dämpfung, den Spielen und der Strukturantwort ab. Messen oder modellieren Sie diesen transienten Vorgang, wenn ein Bauteil eine Spitzenlastgrenze besitzt.

Muss die Zylinderkraft in die Stoppberechnung einbezogen werden?

Addieren Sie die Arbeit der resultierenden weiterwirkenden Antriebskraft, wenn der Zylinder über den Stoppweg weiter drückt und die ausgewählte Herstellermethode dies verlangt. Addieren Sie nicht automatisch die theoretische Zylinderkraft zu einer Katalogkapazität, die Druck- oder Antriebsannahmen bereits enthält. Befolgen Sie das veröffentlichte Verfahren des exakten Modells und vermeiden Sie Doppelzählungen.

Kann die mittlere Hubgeschwindigkeit als Aufprallgeschwindigkeit verwendet werden?

Nur als dokumentierte Schätzung, wenn keine bessere Messung verfügbar ist. Parker gibt in seiner Auslegungshilfe an, dass die Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit typischerweise etwa 50 % über der mittleren Geschwindigkeit liegt. Messen Sie die lokale Geschwindigkeit nahe dem Dämpfungseintritt, wenn Zykluszeit, Laständerung, Ventildurchfluss oder Druckänderungen ein ungleichförmiges Bewegungsprofil erzeugen können.

Gibt es ein allgemein sicheres Verhältnis zwischen Aufprallkraft und Zylinderkraft?

Nein. Kein allgemeines Verhältnis begründet die Sicherheit. Zylinderkraft, Dämpfungsenergie, Absorberkapazität, Montagekraft, Führungsmoment, Schraubenlast und Rahmenfestigkeit sind unterschiedliche Grenzwerte. Eine als das Zwei- oder Dreifache der theoretischen Zylinderkraft berechnete Kraft kann in einem Lastpfad unkritisch und in einem anderen schädlich sein. Prüfen Sie jede zutreffende Bauteilanforderung.

Wann ist ein externer Stoßdämpfer erforderlich?

Verwenden Sie einen externen Absorber, wenn die exakte interne Dämpfung oder der Puffer die Energie, Geschwindigkeit, effektive Masse, den Stoppweg oder die Zykluszahl der Anwendung nicht aufnehmen kann oder wenn der Prozess ein anderes Kraftprofil oder eine andere Stoppstelle benötigt. Es gibt keinen allgemein gültigen Übergang bei 30 kg, 50 kg, 1,5 m/s oder 2 m/s.

Quellen und technische Referenzen

Parker Hannifin, technischer Katalog für P1F-ISO-Pneumatikzylinder. Dämpfungskennwerte und Hinweise zur Dämpfungseintrittsgeschwindigkeit.
SMC, Auswahl von Luftzylindern. Modellspezifische Masse-Geschwindigkeits-Diagramme, wirksame Dämpfungslängen und Daten zur absorbierbaren kinetischen Energie.
ACE Controls, Berechnungsgrundlage für industrielle Stoßabsorber. Energie pro Zyklus, Antriebsarbeit, effektive Masse und Energie pro Stunde.
Festo, Zylinderdämpfung: Die drei häufigsten Methoden. Einflussgrößen auf die einstellbare pneumatische Dämpfung.
ISO 4414:2010. Sicherheitsanforderungen für Fluidtechnik mit Pneumatik.
ISO 12100:2010. Risikobeurteilung und Risikominderung bei Maschinen.
AVENTICS, Einstellbare Dämpfung – Vorteile. Herstellerdemonstration einer einstellbaren Endlagendämpfung.

Aufprallkraft eines Pneumatikzylinders berechnen und Ihre Anlage schützen

Jack Chen