Hier wird aus einem zischenden Ausschleuser ein geplanter pneumatischer Antrieb, mit Plan, Rechnung und Bilanz. Nimm dir die Anlagendaten und die Anordnung aus dem Auftrag dazu.
Schritt 2 von 3. Du liest und ergänzt den Pneumatikplan, rechnest Kraft, Geschwindigkeit und Luftbedarf, stellst die Leckage- und Energiebilanz auf und wählst Zylinder und Ventil.
Danach: Rechenwege und Lösungen zu Teil 5
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Ein Zylinder wird nicht nach der größten Kraft gewählt, sondern nach der Kraft, die er braucht: jeder Millimeter mehr Durchmesser kostet bei jedem Hub Luft.
Am Ende hast du: Pneumatikplan Ausschleuser 4.7 mit Auswahl von Zylinder und Ventil, Leckage- und Energiebilanz
Alle Aufgaben beziehen sich auf den Entwurf des Pneumatikplans und die gegebenen Werte weiter unten und auf die Anlagendaten des Abschnitts 4. Wo du einen Wert einträgst, schreibst du die Einheit und die Quelle dazu. Druckangaben sind Überdruck, wie ihn ein Manometer anzeigt.
Erst du, dann die anderen
Wie viel Luft durch die zischende Stelle verloren geht, steht auf keinem Schild. Den Wert gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen, um ihn zu bekommen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Mit einem Ultraschall-Leckortungsgerät abhören. Das Gerät findet auch Stellen, die man im Lärm des Kellers nicht hört, und manche Geräte schätzen den Verlust gleich mit. Es muss aber ausgeliehen oder gekauft werden, und die Schätzung bleibt eine Schätzung.
- Die Leckage über den Kompressor messen. Bei stillstehender Anlage läuft der Kompressor nur noch für die Lecks; aus Laufzeit und Liefermenge ergibt sich der Verlust. Das ist genau, braucht aber einen Stillstand, und du bekommst den Verlust des ganzen Netzes, nicht den dieser einen Stelle.
- Aus einer Tabelle schätzen. Du schätzt die Größe der Öffnung und liest den Luftverlust bei deinem Netzdruck ab. Das geht in einer Minute und genügt, um zu entscheiden, ob sich die Reparatur lohnt. Ob das Loch wirklich einen Millimeter hat, weißt du aber nicht.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Ausschleuser 4.7, Last und Druckluft · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Ausschleuser 4.7, Last und Druckluft
- Zylinder, Vorschlag der Werkstatt
- doppeltwirkend · Kolbendurchmesser 50 mm · Kolbenstange 20 mm · Hub 400 mm · Magnetkolben für Endlagensensoren
- Zylinder, Alternative im Katalog
- doppeltwirkend · Kolbendurchmesser 40 mm · Kolbenstange 16 mm · Hub 400 mm · Magnetkolben
- Ventil
- 5/2-Wegeventil, elektrisch betätigt, Spule 24 V DC; lieferbar monostabil mit Federrückstellung oder bistabil mit zwei Spulen
- Druckluftnetz
- 6 bar Überdruck · Umgebungsdruck 1,013 bar
- Wirkungsgrad des Zylinders
- 0,85 (Reibung der Dichtungen)
- Last
- Wanne 9 kg, Koffer 5 bis 32 kg · Reibungszahl Wanne auf dem Gurt 0,4 · Anfahrbeschleunigung der Wanne 5 m/s²
- Werkstattregel (Faustregel, keine Norm)
- Die Last darf höchstens 60 % der wirksamen Kolbenkraft betragen, damit der Zylinder schnell genug fährt.
- Ausfahrzeit
- gefordert höchstens 0,6 s über den ganzen Hub · am Bestand gemessen 0,9 s
- Takt und Betrieb
- im Mittel 600 Ausschleusungen je Stunde · Betrieb 7.300 h im Jahr
- Kosten der Druckluft
- Erzeugung 0,12 kWh elektrische Energie je m³ Ansaugluft · Strompreis 0,20 €/kWh
- Leckstelle an der Wartungseinheit
- geschätzt wie eine Öffnung von 1 mm bei 6 bar: 1,2 l/s Ansaugluft
- Rechenvorgabe der Werkstatt
- Gerechnet wird mit dem Netzdruck am Zylinder; die Druckverluste in Wartungseinheit, Ventil und Leitungen werden vernachlässigt. Luftverbrauch mit der vollen Kolbenfläche für Hin- und Rückhub, die Kolbenstange wird vernachlässigt.
So hat die Elektrowerkstatt die Werte zusammengestellt. Alle Werte sind für den Unterricht konstruiert.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Pneumatikplan Ausschleuser 4.7 mit Auswahl von Zylinder und Ventil, Leckage- und Energiebilanz
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem vollständigen Pneumatikplan vom Druckluftnetz bis zu den Endlagensensoren, Schaltzeichen nach DIN ISO 1219-1, jedes Bauteil mit Kennzeichen nach DIN EN IEC 81346-2
- dem Auswahlblatt für Zylinder und Ventil mit Kolbenkraft, Kraftbedarf, Geschwindigkeit und Luftbedarf
- der Leckage- und Energiebilanz im Jahr: Luft, Energie und Kosten von Nutzluft und Leckstelle
- der Liste der Maßnahmen für Arbeits- und Umweltschutz: Leckage, Lärm, sicheres Arbeiten an Druckluft
Zur Dokumentation
Jede Rechnung mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit. Jede Entscheidung mit einem Satz, weshalb sie so gefallen ist. Unterrichtswerte sind als solche gekennzeichnet, jeder Wert trägt seine Quelle: Anlagendaten, gegebene Werte, eigene Rechnung.
Abgenommen wird es durch ein anderes Team, danach von der Projektleitung abgezeichnet. Zu Meilenstein M4 geht es in die Übergabemappe an die Gepäcklogistik.
Aufgabe 8.1
Erschließe den Entwurf des Pneumatikplans:
- Benenne jedes Bauteil mit seinem Kennzeichen.
- Beschreibe die Aufgabe der Wartungseinheit.
- Erkläre, was die Zahlen in der Bezeichnung 5/2-Wegeventil bedeuten.
- Ordne den Anschlussnummern 1, 2, 3, 4, 5 und 14 ihre Aufgabe zu.
| Kennzeichen | Bauteil | Aufgabe im Ausschleuser |
|---|---|---|
| -AZ1 | ||
| -QM1 | ||
| -MB1 | ||
| -MM1 |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Pneumatik, Schaltzeichen · Wegeventile · Wartungseinheit · Anschlussbezeichnung pneumatischer Ventile
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 8.2
Kläre, wie der Ausschleuser elektrisch angesteuert wird:
- Beschreibe, was geschieht, wenn die Spule -MB1 Spannung bekommt.
- Unterscheide ein monostabiles von einem bistabilen 5/2-Wegeventil.
- Erkläre, wie ein Endlagensensor am Zylinderrohr die Stellung des Kolbens erfasst.
- Nenne, wofür die Steuerung die Signale der Endlagensensoren -BG1 und -BG2 braucht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Magnetventil · Wegeventile, Betätigungsarten · Näherungsschalter, magnetisch · Zylinderschalter
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 8.3
Berechne die Kräfte des Zylinders mit 50 mm Kolbendurchmesser bei 6 bar:
- Berechne die Kolbenfläche.
- Berechne die theoretische Kolbenkraft beim Ausfahren.
- Berechne die wirksame Kolbenkraft beim Ausfahren mit dem Wirkungsgrad.
- Berechne die wirksame Kolbenkraft beim Einfahren.
- Erkläre, weshalb die Kraft beim Einfahren kleiner ist.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kolbenkraft · Pneumatikzylinder · Druck, Einheiten · Kreisfläche
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 8.4
Prüfe, welche Kraft der Ausschleuser für die schwerste Wanne braucht:
- Berechne die Reibkraft der Wanne mit dem schwersten Koffer.
- Berechne die Kraft, die die Wanne auf die Anfahrbeschleunigung bringt.
- Bestimme den Kraftbedarf des Ausschleusers.
- Berechne die wirksame Kolbenkraft des Zylinders mit 40 mm bei 6 bar.
- Prüfe beide Zylinder gegen die Werkstattregel.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Reibungskraft · Reibungszahl · Kraft, Masse, Beschleunigung · Kolbenkraft
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 8.5
Kläre, wie schnell der Ausschleuser fahren muss und wie du die Geschwindigkeit einstellst:
- Berechne die mittlere Geschwindigkeit, die der Zylinder für die geforderte Ausfahrzeit braucht.
- Berechne die mittlere Geschwindigkeit des Bestands.
- Beschreibe, wie ein Drosselrückschlagventil in beiden Durchflussrichtungen wirkt.
- Begründe, weshalb am doppeltwirkenden Zylinder die Abluft gedrosselt wird und nicht die Zuluft.
- Nenne drei mögliche Ursachen, weshalb der Bestand zu langsam ausfährt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Drosselrückschlagventil · Abluftdrosselung · Kolbengeschwindigkeit · Geschwindigkeit, gleichförmige Bewegung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 8.6
Berechne den Luftbedarf des Zylinders mit 50 mm bei 6 bar:
- Berechne das Volumen, das der Zylinder je Doppelhub mit Druckluft füllt.
- Rechne dieses Volumen in Ansaugluft um.
- Berechne den Bedarf an Ansaugluft je Stunde.
- Berechne Energie und Energiekosten dieser Nutzluft im Jahr.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Luftverbrauch · Druckluft · Verdichtungsverhältnis · Energiekosten
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 8.7
Stelle die Leckage- und Energiebilanz des Ausschleusers auf:
- Berechne den Luftverlust der Leckstelle je Stunde.
- Berechne Leistung, Energie und Kosten der Leckstelle im Jahr.
- Vergleiche die Kosten der Leckstelle mit den Kosten der Nutzluft.
- Vergleiche die Energie in der Ansaugluft eines Doppelhubs mit der Reibarbeit, die der Zylinder beim Ausschieben der schwersten Wanne über den ganzen Hub verrichtet.
- Beurteile das Zischen an der Wartungseinheit und die offenen Entlüftungen des Ventils aus Sicht des Arbeits- und Umweltschutzes.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leckage · Druckluft, Kosten · Lärm, Lärmschutz · Reibungsarbeit · Mechanische Arbeit
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 8.8
Stelle dein Lernprodukt fertig:
- Wähle den Zylinder für den Ausschleuser.
- Wähle, ob das 5/2-Wegeventil monostabil oder bistabil ist.
- Begründe beide Entscheidungen mit Kraft, Geschwindigkeit, Luftbedarf und Verhalten bei Spannungsausfall.
- Ergänze den Pneumatikplan um die Bauteile, die sich aus deinen Ergebnissen zu 8.5 und 8.7 ergeben, und um die Endlagensensoren, jedes mit Kennzeichen.
- Lege die Maßnahmen gegen Leckage und Lärm und für sicheres Arbeiten an Druckluft für die Übergabemappe fest.
| Entscheidung | unsere Wahl | Wert aus der Rechnung | weshalb |
|---|---|---|---|
| Zylinder | |||
| Ventilart | |||
| Drosselung | |||
| Maßnahme Leckage | |||
| Maßnahme Lärm | |||
| Sicheres Arbeiten |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Pneumatik, Schaltzeichen · Kennzeichnung pneumatischer Bauteile · Druckluft, Sicherheit
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Die Lage ändert sich
Die Betriebsleitung will Energie sparen: Das Druckluftnetz wird künftig nachts auf 5 bar abgesenkt. Der Abschnitt 4 läuft in dieser Zeit weiter, auch der Ausschleuser.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, ob dein gewählter Zylinder die schwerste Wanne bei 5 bar noch nach der Werkstattregel schiebt.
- Beurteile, was sich an Ausfahrzeit, Luftbedarf und Leckage ändert.
- Entscheide, was du an Zylinder, Wartungseinheit oder Drosseln änderst.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.