Pneumatische demping

Demping voor pneumatische cilinders

3 meest gebruikte methoden demping voor pneumatische cilinders

Pneumatische cilinders worden door middel van luchtdruk in beweging gebracht, komen op snelheid maar moeten op een gegeven moment ook weer afremmen en tot stilstand worden gebracht. Afhankelijk van de toepassing worden hiervoor verschillende soorten dempingen gebruikt: een methode of element om de opgebouwde kinetische energie volledig op te nemen waardoor de cilinder beheerst en veilig stopt. In dit eerste deel van een serie artikelen over pneumatische cilinders geven we een uitleg over de drie meest voorkomende soorten demping en hun eigenschappen. Wat zijn de voordelen, de beperkingen en wanneer gebruik je nu eigenlijk een mechanische, pneumatische of hydraulische einddemping? Het tweede deel zal ingaan op demping in uitzonderlijke gevallen.

Waarom einddemping?

Vanwege druk op kosten en de stijgende vraag naar producten is het noodzakelijk productiesnelheden in geautomatiseerde fabricageprocessen op te voeren. Dit verkort immers de cyclustijd van de machine en hiermee de doorlooptijd met als gevolg: meer producten per tijdseenheid.

Om deze hogere snelheden te bereiken is het noodzakelijk dat de diverse componenten in de productie-installaties sneller bewegen. En dát leidt bij pneumatische cilinders tot grotere hoeveelheden energie die vrijkomen wanneer de snel bewegende cilinder weer moet stoppen. Om dit in goede, veilige en beheerste banen te leiden, is een goede demping van de eindpositie noodzakelijk. Hiermee wordt de kinetische of bewegingsenergie zo efficiënt mogelijk opgenomen waardoor slijtage en schokken tot een minimum worden beperkt.

 

 

Drie soorten einddemping

 

Voor het dempen van specifiek pneumatische cilinders zijn grofweg drie methoden te onderscheiden.

1.     Mechanische en elastische demping. Bij dit werkingsprincipe wordt een materiaal toegepast dat elastisch vervormt wanneer de cilinder hier met een specifieke snelheid tegenaan botst. Elastisch betekent dat het materiaal na het terugtrekken van de cilinderstang automatisch weer in zijn oorspronkelijke vorm terugkeert en hiermee gereed is voor de volgende impact.

 

2.     Pneumatische en servopneumatische demping. Bij (servo)pneumatische demping wordt de cilinder afgeremd door de energie op te nemen in reeds samengeperste lucht. Dit kan een vaste hoeveelheid zijn maar tevens een geregelde tegendruk die afhankelijk is van de cilindersnelheid op het moment van demping.

 

3.     Hydraulische demping. Cilinders zijn tot slot af te remmen door de kinetische energie op te slaan in viskeuze vloeistoffen zoals olie.

 

 

Elastische demping

Binnen de installaties waarin pneumatische cilinders worden toegepast, zijn elastische en pneumatische demping de meest toegepaste vormen van demping. Dit heeft enerzijds te maken met de goede prijs/prestatieverhouding en anderzijds met de hoeveelheid energie die moet worden opgenomen. Hydraulische demping is bijvoorbeeld gebruikelijker bij het dempen van zeer grote krachten die bij een pneumatische cilinder feitelijk niet voorkomen.

We beschrijven nu per dempingsoort de belangrijkste eigenschappen, beperkingen en toepassingsmogelijkheden.

 

 

Elastische demping (P)

Elastische demping refereert aan het elastische element op de zuiger of in de eindkap van de cilinder. Met dit element kan een kleine hoeveelheid kinetische energie te absorberen door het elastisch te vervormen of met andere woorden: in te drukken. Door het elastische karakter van het materiaal keert dit vervolgens weer terug in zijn oorspronkelijke staat. Afhankelijk van de snelheid waarmee het element wordt ingedrukt (de impact: massa x snelheid) gaat het element langer of minder lang mee.

Elastische demping is geschikt voor toepassingen met lage snelheden. Dat impliceert: een lage belasting of een korte slaglengte. De hardheid en hiermee indrukbaarheid van het elastische materiaal verschilt per type en fabricaat cilinder en bepaalt voor een groot deel de werking en het vermogen om energie op te nemen.

 

 

Voorbeeld van elastische demping bij een pneumatische cilinder

 

 

Instelbare pneumatische demping (PPV)

Wanneer de dynamische krachten hoger worden, is additionele demping nodig om overbelasting van de pneumatische cilinder en het systeem te voorkomen. Met de instelbare buffering (herkenbaar aan de afkorting PPV) wordt een specifiek luchtvolume opgesloten in de eindkamer van de cilinder. In het kader van afremmen of demping, wordt de lucht samengeperst en realiseert zo het beoogde remeffect. De luchtuitvoer – en hiermee de mate van demping – is handmatig in te stellen met een instelschroef.

De benodigde luchtuitvoer is afhankelijk van de massa van de cilinder, de snelheid waarmee hij beweegt op het moment van demping, de acceleratie (of eigen deceleratie): snelheid waarmee de cilinder tot stilstand moet komen, de werkdruk en de weerstand in de cilinder. Om de juiste instelling te kunnen doen is een zekere mate van ervaring nodig. Wanneer deze ontbreekt is een ‘trial & error’ proces, waarbij wordt gestart met een relatief hoge demping, een oplossing om tot de optimale instelling te komen. Gedurende de levensduur van de cilinder is een optimale demping uitsluitend te behouden wanneer de instelling regelmatig wordt gecontroleerd en eventueel aangepast.

 

 

Voorbeeld van pneumatische buffering of pneumatische demping in een pneumatische cylinder

 

 

Zelfinstellende pneumatische buffering (PPS)

 

Een speciale vorm van demping is de ‘zelfinstellende pneumatische buffering’. Hierbij wordt eveneens lucht opgesloten in de eindpositie van de cilinder om een remeffect te krijgen. In tegenstelling tot PPV is echter geen handmatige instelling mogelijk en ook niet nodig. Het ontsnappen van de bufferlucht is namelijk afhankelijk van de dempingslag. PPS past zich dus automatisch aan de omstandigheden aan en minimaliseert het effect van schokken in de machine. Het prettige resultaat is een constante kwaliteit van demping; zelfs onder wisselende belastingen. Bovendien is het een tijdbesparende oplossingen omdat de gebruiker of machinebouwer geen tijds- en arbeidsintensieve instellingen hoeft te maken. Tot slot betreft het hier een ‘clean design’. Door het ontbreken van de stelschroef is de kans op vuilophoping namelijk sterk gereduceerd.

Evenals de elastische demping is ook de zelfinstellende pneumatische buffering uitsluitend geschikt voor toepassingen met niet al te hoge belastingen en snelheden.

Voorbeeld van een zelfinstellende pneumatische buffering (PPS) in een pneumatische cilinder

 

Voordelen, beperkingen en toepassingen demping pneumatische cilinders

 

Technologie:
P-demping: elastische demping

 

Voordelen

  • Lage kosten    
  • Standaard oplossing

Beperkingen

  • Matige demping
  • Geluid

Applicaties

  • Lage belastingen en lage snelheden

 

Technologie:
PPV: Instelbare pneumatische demping

 

Voordelen

  • Hoge energie absorptie
  • Geluidsarm
  • Standaard oplossing

Beperkingen

  • Handmatige aanpassing nodig
  • Inregelen kost veel tijd en mankracht
  • Ervaring nodig
  • Risico van foutieve afstelling

Applicaties

  • Geschikt voor bijna alle toepassingen

 

 

Technologie:
PPS: Zelfinstellende demping

 

Voordelen

  • Consistente hoge kwaliteit van demping
  • Automatische aanpassing bij wisselende belasting
  • Geluidsarm
  • Inregelen niet nodig.
  • Bespaart een tijd en reduceert fouten

 Beperkingen

  • Niet geschikt voor toepassingen met zware belasting, hoge en lage snelheden en zeer lange slaglengtes (hoge impact)

Applicaties

  • Toepasbaar in 80% van alle applicaties
  • Biedt voordeel bij synchronisatie van meerdere cilinders
  • Applicaties waar gereinigd wordt (clean design)

 

 

Weten of PPS geschikt is voor uw applicatie?

Check de PPS app op www.festo.com/app

 

In deel 2 van het artikel zal worden ingegaan op manieren van demping in uitzonderlijke toepassingen.