Grundlagen der Pneumatik

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1 - Grundlagen der Pneumatik
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1
Impressum
An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt
Herausgeber:
IHK für Oberfranken
Bahnhofstr. 23-27
95444 Bayreuth
Inhaltliche Konzeption:
ets GmbH, Halblech
ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Produktion/ Umsetzung:
ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Redaktionelle Betreuung:
Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh
Claudia Hohdorf, ets Halblech
Rechte:
Copyright© ets GmbH, Halblech.
Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet
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Namensschutz:
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Inhaltliche Verantwortung:
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Impressum ............................................................................................................................................... 2
Firmenvorstellung .................................................................................................................................... 4
Leitfragen................................................................................................................................................. 6
1.0 Kapitelübersicht ................................................................................................................................. 7
1.1 Bauteile der Pneumatik .......................................................................................................... 8
1.2 Die Pneumatische Presse ...................................................................................................... 9
1.3 Energieübertragung.............................................................................................................. 10
1.4.0 Wegeventile ....................................................................................................................... 11
1.4.1 Bezeichnung von Wegeventile .......................................................................................... 12
1.5.0 Anschlussbezeichnungen von Wegeventilen .................................................................... 14
1.5.1 Betätigungsarten von Wegeventilen.................................................................................. 15
1.6.1 Übung: Sperrventile........................................................................................................... 19
1.7 Stromventile.......................................................................................................................... 21
2.0 Kapitelübersicht ............................................................................................................................... 22
2.1 Aufbau eines Schaltplans ..................................................................................................... 23
2.2 Lageplan ............................................................................................................................... 24
2.3.0 Schaltplan .......................................................................................................................... 25
2.3.1 Darstellung einer indirekten Steuerung ............................................................................. 26
2.3.2 Übung: Indirekte Steuerung............................................................................................... 27
2.3.3 Darstellung einer direkten Steuerung................................................................................ 29
2.3.4 Kennzeichnung der Bauglieder ......................................................................................... 30
Trainingsaufgabe 1................................................................................................................................ 31
Trainingsaufgabe 2................................................................................................................................ 33
Bearbeitung der Fallstudien................................................................................................................... 36
Bearbeitung der Fallstudie 1.................................................................................................................. 37
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3
Firmenvorstellung
Einführung
Firmenchronik:
Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der
Automatisierungstechnik.
Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für die Blechumformung befasste.
Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebspartnern reagiert.
Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele metallverarbeitende Branchen
Automatisierungsmöglichkeiten konstruieren und umsetzen.
Produktgeschichte:
Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90-er Jahren
zu einer (mittleren) Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jetzigen Namen führte.
Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine große Anzahl neuer
Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsmaschinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung.
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Fallstudie
Einführung
In der nächsten Woche wird für die Produktion einer Kleinserie eine Presse1 benötigt. Der Ausbilder, Franz Huber bespricht dies mit seinem Auszubildenden. Die pneumatische Steuerung
der Presse ist jedoch vollständig demontiert.
Fallstudie
Franz Huber
Nächste Woche müssen wir eine Presse mit
pneumatischer Steuerung präsentieren.
Bernd Wolf
Wie soll das gehen? Eine komplette Steuerung bauen?
Franz Huber
Nur die Ruhe. Die Steuerung der Presse liegt
bereits vollständig demontiert vor. Wir müssen diese nur nach Schaltplan montieren.
Bernd Wolf
Ah so...na, dann mal ran ans Werk.
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Leitfragen
Einführung
Im Laufe der weiteren Bearbeitung sollten Sie mehrmals auf Ihre Notizen zurückgreifen und die Antworten ergänzen. Bitte verwenden Sie daher einfach ein Blatt Papier für Ihre Antworten. Wenn Sie das
vorbereitete Antwortdokument nutzen, speichern Sie es an einem Ort ab, zu dem Sie jederzeit Zugang haben.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts.
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6
1.0 Kapitelübersicht
1 Bauteile der Pneumatik
Kapitelbezogene Eingangsfragen:
Was sind Ventile?
Wie ist eine pneumatische Presse aufgebaut?
Themen:
1.0 Bauteile der Pneumatik
1.1 Die Pneumatische Presse
1.2 Energieübertragung
1.3.0 Wegeventile
1.3.1 Aufgabe Wegeventile
1.4.0 Anschlussbezeichnungen von Wegeventilen
1.4.1 Betätigungsarten von Wegeventilen
1.5.0 Sperrventile
1.6 Stromventile
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7
1.1 Bauteile der Pneumatik
Pneumatik – was ist das eigentlich?
Pneumatik (Drucklufttechnik) ist die technische Anwendung der Druckluft.
Anwendungsbereiche der Pneumatik sind:
Linearantriebe (Zylinder) zum Spannen, Auswerfen und Verschieben von Teilen
Druckluftmotoren zum Bohren, Schleifen und Schrauben
Düsen zum Ausblasen und Trocknen von Teilen
Beschichten von Oberflächen durch Spritzen
Pneumatik – was ist das eigentlich?
Pneumatik (Drucklufttechnik) ist die technische Anwendung der Druckluft.
Anwendungsbereiche der Pneumatik sind:
Linearantriebe (Zylinder) zum Spannen,
Auswerfen und Verschieben von Teilen
Druckluftmotoren zum Bohren, Schleifen und Schrauben
Düsen zum Ausblasen und Trocknen
von Teilen
Beschichten von Oberflächen durch
Spritzen
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8
1.2 Die Pneumatische Presse
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1.3 Energieübertragung
Druckluftaufbereitung (Energieübertragung)
Diese besteht aus einem Filter mit Wasserabscheider, einem Druckbegrenzungsventil und einem Manometer. Anstelle des Wasserabscheiders werden oft Lufttrockner oder Druckluftöler
eingesetzt.
Druckluftaufbereitung (Energieübertragung)
Diese besteht aus einem Filter mit Wasserabscheider, einem Druckbegrenzungsventil und
einem Manometer. Anstelle des Wasserabscheiders werden oft Lufttrockner oder
Druckluftöler eingesetzt.
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Aufgaben der Wartungseinheit:
Reinigen der Druckluft
Erzeugen eines konstanten und einstellbaren Arbeitsdruckes
Bauteile vor Feuchtigkeit und Korrosion schützen
10
1.4.0 Wegeventile
Wegeventile beeinflussen den Weg der Druckluft.
Jede Schaltstellung entspricht einem Quadrat !
Beispiel:
Schaltstellung a
Schaltstellung b
Der Weg der Druckluft wird als Pfeil oder Sperrung dargestellt!
Weg der Druckluft
Sperrung
Wegeventile beeinflussen den Weg der Druckluft.
Jede Schaltstellung entspricht einem Quadrat !
Beispiel:
Schaltstellung
a
Die Anschlüsse des Ventils werden an
einer Schaltstellung gezeichnet!
Durch Verschieben der Quadrate wird
ein Ventil geschaltet!
Schaltstellung
b
Der Weg der Druckluft wird als Pfeil oder Sperrung dargestellt!
Weg der Druckluft
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Sperrung
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1.4.1 Bezeichnung von Wegeventile
Wegeventile werden nach Anzahl der Anschlüsse und Schaltstellungen bezeichnet!
2/2 Wegeventil
(gesprochen: zwei Strich zwei Wegeventil)
Merke:
Erste Ziffer: Anzahl der Anschlüsse
Zweite Ziffer: Anzahl der Schaltstellungen
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12
Aufgabe:
Lösung:
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13
1.5.0 Anschlussbezeichnungen von
Wegeventilen
Art
Aktuelle Norm
Alte Norm
Druckluftanschluss
1
P
Arbeitsanschlüsse
2,4,6
A,B,C
Entlüftung
3,5,7
R,S,T
Steueranschlüsse
10,11,12,14
X,Y,Z
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1.5.1 Betätigungsarten von Wegeventilen
Die Betätigung der Ventile kann durch Druckluft, Muskelkraft oder mechanisch erfolgen.
1 = allgemein Muskelkraft mit Raste und Federrückstellung
2 = allgemein Muskelkraft und Federrückstellung
3 = mechanisch durch Tastrolle und Federrückstellung
4 = mechanisch Tastrolle mit Leerrücklauf (Betätigung nur in einer Richtung) mit Federrückstellung
5 = Betätigung durch Druckluft
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15
Aufgabe:
Lösung:
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16
Aufgabe:
Lösung:
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17
1.6.0 Sperrventile
Sperrventile sperren den Weg der Druckluft in einer Richtung und geben dafür eine anderen
Weg frei.
Rückschlagventil
Rückschlagventile verhindern einen plötzlichen Druckabfall und
dienen als Sicherheitsventil.
Zweidruckventil
Das Zweidruckventil besitzt zwei Druckluftanschlüsse und einen
Arbeitsanschluss.
Liegt an den beiden Druckluftanschlüssen gleichzeitig ein Druck an ,
so erfolgt Durchfluss zum Arbeitsanschluss.
Steht nur an einem 1er Anschluss Druck an, ist der Durchfluss gesperrt.
Zweidruckventile werden auch als UND – Ventile bezeichnet.
Wechselventil
Das Wechselventil besitzt ebenfalls zwei Druckluftanschlüsse und
einen Arbeitsanschluss.
Druckluft strömt zum Arbeitsanschluss wenn an einem der beiden 1er
Anschlüsse Druck anliegt.
Wechselventile werden daher auch als ODER – Ventile bezeichnet.
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1.6.1 Übung: Sperrventile
Aufgabenstellung2:
Ein doppeltwirkender Zylinder darf nur dann Ausfahren wenn gleichzeitig zwei Starthebel gedrückt werden oder das Ventil für Automatikbetrieb gedrückt ist und der Zylinder eingefahren
ist.
Nach Erreichen der hinteren Endlage und drücken eines Tasters soll der Zylinder einfahren.
Vervollständigen sie die vorliegende Schaltung mit den entsprechenden Sperrventilen.
Starten Sie anschließend die Schaltung durch Drücken der entsprechenden Startvorrichtung.
Aufgabe:
2
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19
Lösung:
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20
1.7 Stromventile
Stromventile dienen zur Geschwindigkeitssteuerung durch Verändern der Querschnittsöffnung.
Als Stromventile eigenen sich Drosselrückschlagventile, sie den Durchfluss in eine Richtung
drosseln in Gegenrichtung erfolgt der Durchfluss ungedrosselt.
Gedrosselter Durchfluss
Ungedrosselter Durchfluss
Bei Geschwindigkeitssteuerungen unterscheidet man zwischen
Zuluftdrosselung d.h. Steuerung Luft die in einen Zylinder strömt.
Anwendung: einfachwirkende Zylinder
Abluftdrosselung d.h. Steuerung der Luft die aus einem Zylinder strömt.
Anwendung: doppeltwirkende Zylinder
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2.0 Kapitelübersicht
2 Aufbau eines Schaltplans
Kapitelbezogene Eingangsfragen:
Wodurch unterscheiden sich Schalt- und Lageplan?
Was ist eine direkte Steuerung?
Themen:
2.0 Aufbau eines Schaltplans
2.1 Lageplan
2.1 Lageplan
2.2.0 Schaltplan
2.2.1 Darstellung einer indirekten Steuerung
2.2.2 Übungsaufgabe: Indirekte Steuerung
2.2.3 Darstellung einer direkten Steuerung
2.2.4 Kennzeichnung der Bauglieder
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22
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23
2.2 Lageplan
Im Lageplan wird die räumliche Anordnung einer Vorrichtung oder Maschine dargestellt.
Merke:
Der Lageplan erfasst die reale räumliche Anordnung der Anlage.
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24
2.3.0 Schaltplan
Für die Darstellung einer pneumatischen Steuerung wird ein Schaltplan benötigt.
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2.3.1 Darstellung einer indirekten
Steuerung
2.3.1 Darstellung einer indirekten Steuerung
Im Schaltplan werden Bauteile ohne Berücksichtigung ihrer räumlichen Anordnung dargestellt.
Der Schaltplan Presse wird zusammengesetzt. Der Zusammenbau der Schaltung erfolgt von
unten nach oben.
Eine indirekte pneumatische Steuerung besteht aus:
5. Antriebsglieder
4. Stellglieder
3. Steuerglieder
2. Signalglieder
1. Versorgungsglieder
Hinweis:Signalglieder, die durch Tastrollen geschaltet werden befinden sich in der Praxis im
Arbeitsbereich des Zylinders. Dies wird im Schaltplan durch die Kennzeichnung des Signalglieds am Zylinder realisiert.
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2.3.2 Übung: Indirekte Steuerung
Aufgabenstellung3:
Ein doppeltwirkender Zylinder darf nur dann Ausfahren wenn gleichzeitig zwei Starthebel gedrückt werden oder das Ventil für Automatikbetrieb gedrückt ist und der Zylinder eingefahren
ist.
Nach Erreichen der hinteren Endlage und drücken eines Tasters soll der Zylinder einfahren.
Vervollständigen sie die vorliegende Schaltung mit den entsprechenden Sperrventilen.
Starten Sie anschließend die Schaltung durch Drücken der entsprechenden Startvorrichtung.
Aufgabe:
3
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27
Lösung:
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28
2.3.3 Darstellung einer direkten Steuerung
Wird ein Ventil als Signal und Stellglied verwendet so spricht man von einer direkten Steuerung.
Direkte Steuerung eines
Antriebsglied
Signalglied = Stellglied
einfachwirkenden Zylinders
doppeltwirkenden Zylinders
Direkte Steuerungen haben in der Praxis eine geringe Bedeutung.
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29
2.3.4 Kennzeichnung der Bauglieder
Jedes Bauglied im Schaltplan erhält eine Kennzeichnung vgl. DIN ISO 1219-2
Die Kennbuchstaben der Bauteile sind in der Tabelle aufgeführt:
Kennbuchstabe
Bauteilart
Beispiele
P
Pumpen
Kolbenkompressor
A
Antriebe
Lineareinheit, Zylinder
M
Antriebsmotoren
Elektromotor
S
Signalaufnehmer
Stopp- , Start - Taster
V
Ventil
Stellglied (4/2 Wegeventil) Und Ventil
Z
Andere Bauteile
Wartungseinheit
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30
Trainingsaufgabe 1
Trainingsaufgaben
Aufgabe:
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31
Lösung:
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32
Trainingsaufgabe 2
Trainingsaufgaben
Aufgabe:
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33
Lösung:
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34
Fallstudie
Abschluss Lerneinheit
In der nächsten Woche wird für die Produktion einer Kleinserie eine Presse4 benötigt. Der Ausbilder, Franz Huber bespricht dies mit seinem Auszubildenden. Die pneumatische Steuerung
der Presse ist jedoch vollständig demontiert.
Fallstudie
Franz Huber
Nächste Woche müssen wir eine Presse mit
pneumatischer Steuerung präsentieren.
Bernd Wolf
Wie soll das gehen? Eine komplette Steuerung bauen?
Franz Huber
Nur die Ruhe. Die Steuerung der Presse liegt
bereits vollständig demontiert vor. Wir müssen diese nur nach Schaltplan montieren.
Bernd Wolf
Ah so...na, dann mal ran ans Werk.
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Bearbeitung der Fallstudien
Bitte bearbeiten Sie zur Fallstudie folgende Aufgabe:
Ausgangssituation:
In der nächsten Woche wird für die Produktion einer Kleinserie eine Presse5 benötigt.
Die pneumatische Steuerung der Presse ist jedoch vollständig demontiert.
Aufgabe:
Bauen Sie die pneumatische Steuerung nach dem vorliegenden Schaltplan auf und
überprüfen Sie die Funktion der Presse.
Die Aufgaben finden Sie unter:
Bearbeitung der Fallstudie 1,
Bearbeitung der Fallstudie 2,
Bearbeitung der Fallstudie 3.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie
finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts.
5
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36
Bearbeitung der Fallstudie 1
Funktionsbeschreibung Pressensteuerung
Setzten Sie den Ablauf6 in die richtige Reihenfolge!
Presszylinder fährt aus
Ventil 2V1 wird geschaltet
Signalglied 2S2 wird betätigt
Spannzylinder fährt ein
Ventil 2S1 wird geschaltet
Ventil 1V2 schaltet
Schalten von 1S3
Spannzylinder fährt langsam aus
Gleichzeitiges drücken von 1S1 und 1S2
Betätigen von 0V1
Zylinder 2A fährt ein
Bei richtiger Zuordnung schaltet das entsprechende Ventil und der Weg der Druckluft wird blau
gezeichnet.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts.
6
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37
Aufgabe:
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38
Lösung:
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39
Erweiterung der Pressensteuerung
Um eine höhere Arbeitssicherheit zu gewährleisten muss die Presse mit einer Sicherheitstür ausgerüstet werden. Die Hubbewegung der Tür wird dabei von einem einfachwirkendem Zylinder realisiert.
Ausgangssituation (unbetätigter Zustand):
Schutztür offen
Spannvorrichtung
gelöst (Zylinder eingefahren)
Presszylinder eingefahren
Start der Pressen durch eine Zweihandbedienung!
Folgender Prozessablauf muss eingehalten werden:
1. Drücken der beider Start-Taster
2. Schutztür wird geschlossen
3. Werkstück wird gespannt
4. Welle wird eingepresst
Arbeitsauftrag7:
Entwickeln Sie die erweiterte pneumatische Steuerung!
5. Rückhub Presszylinder
6. Lösen der Spannvorrichtung
7. Öffnen der Schutztür
7
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40
Aufgabe:
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41
Lösung:
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42
Pneumatische Pressensteuerung
Nachdem Sie nun die Bauteile und Schaltpläne der Pneumatik kennen gelernt haben, können Sie die
Pressensteuerung8 in Ihrem Betrieb oder in der Berufsschule auch praktisch umsetzen und somit
das theoretisch gelernte anwenden und vertiefen.
Beachten Sie die Anschlussbezeichnungen an den Ventilen beim Verschlauchen der Bauteile
und
justieren Sie die Signalglieder mit Tastrolle bzw. Tastrolle mit Leerrücklauf entsprechend im
Arbeitbereich der Zylinder!
Aufgabe:
8
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43
Lösung:
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44
Anlagen
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45
LEITFRAGEN
Hinweis:
Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die
Antworten zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen.
Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können
und ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen.
Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben.
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46
Ausbildung zum Mechatroniker
Trainingsaufgabe 1
Bauteile der Pneumatik
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ordne den Ventilen die entsprechende Bezeichnung zu.
Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 1 im Kapitel Trainingsaufgabe.
1A
2A
1S3
Spannzylinder
50%
50%
2V3
2V1
2
1
1
1S1
2S2
50%
1V3
1V2
1V1
2S1
Presszylinder
4
2
1
3
2V2
3
2
1
1S2
2
2
2
2
2S1
2
1S3
2S2
1
0V1
2
0Z1
3
1
3
1
3
4/2 Wegeventil mit pneumatischer Steuerung
Wechselventil
1
3/2 Wegeventil - Tastrolle mit Leerrücklauf und Federrückstellung
1
3
1
3
Zweidruckventil
Wartungseinheit
3/2 Wegeventil mit Tastrolle und Federrückstellung
Drosselrückschlagventil
3/2 Wegeventil mit Handbetätigung und Federrückstellung
Drosselventil
Schnellentlüftungsventil
2/2 Wegeventil mit Handbetätigung (Raste) und Federrückstellung
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47
Trainingsaufgabe 2
Aufbau eines Schaltplans
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ordnen Sie der Bauteilen die entsprechende Bezeichnung zu.
Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 2 im Kapitel Trainingsaufgabe.
1S3
2S1
Spannzylinder
2S2
50%
1V3
50%
50%
Presszylinder
4
2
1
3
2
1
3
2
1
2
1
2
2
2
2S1
2
1S3
2S2
1
3
1
3
1
3
1
3
1
3
2
1
0Z1 – 0V1 – 1S1 – 1S2 – 1V2 – 1V3 – 1A – 2A – 2V1 – 2V2
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48
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Setzten Sie den Ablauf in die richtige Reihenfolge!
Presszylinder fährt aus
Signalglied 2S2 wird betätigt
Spannzylinder fährt ein
Ventil 2S1 wird geschaltet
Ventil 1V2 schaltet
Schalten von 1S3
Spannzylinder fährt langsam aus
Gleichzeitiges drücken von 1S1 und 1S2
Betätigen von 0V1
Zylinder 2A fährt ein
Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag and Drop Test.
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49
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Entwickeln Sie die erweiterte pneumatische Steuerung!
Um eine höhere Arbeitssicherheit zu gewährleisten muss die Presse mit einer Sicherheitstür ausgerüstet werden. Die Hubbewegung der Tür wird dabei von einem einfachwirkendem Zylinder realisiert.
Ausgangssituation (unbetätigter Zustand):
Schutztür offen
Spannvorrichtung
gelöst (Zylinder eingefahren)
Presszylinder eingefahren
Start der Pressen durch eine Zweihandbedienung!
Folgender Prozessablauf muss eingehalten werden:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Drücken der beider Start-Taster
Schutztür wird geschlossen
Werkstück wird gespannt
Welle wird eingepresst
Rückhub Presszylinder
Lösen der Spannvorrichtung
Öffnen der Schutztür
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50
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Nachdem Sie nun die Bauteile und Schaltpläne der Pneumatik kennen gelernt haben, können Sie die
Pressensteuerung in Ihrem Betrieb oder in der Berufsschule auch praktisch umsetzen und somit das
theoretisch gelernte anwenden und vertiefen.
Beachten Sie die Anschlussbezeichnungen an den Ventilen beim Verschlauchen der Bauteile und
justieren Sie die Signalglieder mit Tastrolle bzw. Tastrolle mit Leerrücklauf entsprechend im Arbeitbereich der Zylinder!
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Grundlagen der Pneumatik

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