Paineilmasylinterin valinta ja mitoitus

Näin löydät oikean sylinterin

Paineilmasylinteri muuttaa paineilman energian suoraviivaiseksi mekaaniseksi liikkeeksi. Sylintereitä käytetään teollisuudessa ja koneenrakennuksessa esimerkiksi kappaleiden siirtämiseen, nostamiseen, puristamiseen, asemointiin, kiinnittämiseen ja lajitteluun.

Oikean paineilmasylinterin valinnassa ei kuitenkaan riitä, että sylinteri mahtuu fyysisesti paikalleen. Sopivaan ratkaisuun vaikuttavat muun muassa tarvittava voima, liikeradan pituus, käyttöpaine, liikkeen nopeus, kiinnitystapa, kuormituksen suunta sekä käytettävissä oleva asennustila.

Tässä oppaassa käymme läpi tärkeimmät asiat, joiden avulla uuden tai vanhaa sylinteriä korvaavan paineilmasylinterin valinta onnistuu.

Tutustu myös Lakeuden Hydron paineilmasylintereihin.

Mitkä tiedot tarvitaan paineilmasylinterin valintaan?

Sylinterin valinta kannattaa aloittaa määrittelemällä vähintään seuraavat asiat:

• tarvittava työntö- ja/tai vetovoima
• käytettävissä oleva paine
• männän halkaisija
• tarvittava iskunpituus
• sylinterin toimintatapa
• kiinnitysmenetelmä
• asennustila
• haluttu liikkeen nopeus
• ympäristöolosuhteet
• mahdollinen päätyvaimennus
• männän asennon tunnistamisen tarve.

Uutta järjestelmää suunniteltaessa nämä arvot määritetään sovelluksen perusteella. Vanhaa sylinteriä korvattaessa lähtökohtana ovat puolestaan alkuperäisen sylinterin tekniset tiedot ja mitat.

Paineilmasylinterin männän halkaisija määrittää käytettävissä olevan voiman

Sylinterin tuottama voima muodostuu paineen vaikuttaessa männän pinta-alaan. Mitä suurempi männän halkaisija on, sitä suuremman teoreettisen voiman sylinteri pystyy samalla paineella tuottamaan.

Teoreettisen työntövoiman peruskaava on:

F = p × A

jossa:

• F = voima
• p = paine
• A = männän pinta-ala.

Käytännössä sylinteristä saatava voima on teoreettista arvoa pienempi. Kitka, tiivisteet, painehäviöt, liikkeen nopeus ja järjestelmän muut ominaisuudet vaikuttavat todelliseen lopputulokseen.

Sylinteriä ei siksi kannata mitoittaa täsmälleen laskennallisen minimivoiman mukaan, vaan mitoitukseen jätetään käyttökohteeseen sopiva varmuusvara.

Työntö- ja vetovoima eivät ole yhtä suuret

Kaksitoimisessa paineilmasylinterissä työntövoima on yleensä suurempi kuin männänvarren sisäänvetovoima.

Syynä on männänvarsi. Vetoliikkeessä paine ei vaikuta männän koko pinta-alaan, koska männänvarren poikkipinta-ala vähentää käytettävissä olevaa pinta-alaa. Tehollinen eli voimaa tuottava pinta-ala on rengaspinta-ala, jossa männän pinta-alasta vähennetään varren pinta-ala.

Jos sovelluksessa tarvitaan suuri voima molempiin suuntiin, tämä ero on huomioitava jo sylinterin mitoituksessa.

Miten paineilmasylinterin iskunpituus valitaan?

Iskunpituus kertoo matkan, jonka männänvarsi liikkuu ääriasennosta toiseen.

Tarvittava isku määräytyy ensisijaisesti koneen tai mekanismin tarvitseman liikeradan perusteella. Esimerkiksi 200 millimetrin siirtoliike edellyttää lähtökohtaisesti vähintään vastaavaa sylinterin iskua.

Tarpeettoman pitkää sylinteriä ei yleensä kannata valita varmuuden vuoksi. Pidempi isku kasvattaa sylinterin ulkomittoja ja voi lisätä männänvarteen kohdistuvaa kuormitusta.

Pitkillä iskuilla erityistä huomiota tulee kiinnittää:

• männänvarren nurjahdusriskiin
• sivuttaiskuormitukseen
• kuorman ohjaukseen
• liikkeen nopeuteen
• päätyvaimennukseen.

Sylinterin männänvartta ei tulisi käyttää mekaanisena johteena kuorman ohjaamiseksi, ellei kuorma ole hyvin kevyt. Tarvittaessa kuormaa ohjataan erillisillä johteilla. Jos kuorman ohjaus on pelkän sylinterin varassa, voidaan käyttää ns. johdesylintereitä.

Kaksitoiminen vai yksitoiminen paineilmasylinteri?

Kaksitoiminen paineilmasylinteri

Kaksitoimisessa sylinterissä paineilmaa johdetaan vuorotellen männän kummallekin puolelle. Näin sekä ulos- että paluuliikettä voidaan hallita paineilman avulla.

Kaksitoiminen sylinteri on yleinen ratkaisu esimerkiksi:

• siirtoliikkeissä
• puristamisessa
• automatisoiduissa koneissa
• luukkujen ja mekanismien liikuttamisessa
• toistuvissa edestakaisissa työliikkeissä.

Kaksitoimisen sylinterin etuna on molempien liikesuuntien hallittavuus.

Yksitoiminen paineilmasylinteri

Yksitoimisessa sylinterissä paineilma tuottaa liikkeen yhteen suuntaan. Palautus tapahtuu tavallisesti sisäisellä jousella tai painovoiman avulla. Yksitoiminen sylinteri voi olla sopiva esimerkiksi yksinkertaisiin työntö-, lukitus- tai palautusliikkeisiin, joissa työvoimaa tarvitaan vain yhteen suuntaan.

ISO 15552 ja ISO 6432 – mitä eroa sylinteristandardeilla on?

Standardointi helpottaa paineilmasylinterien mitoitusta, kiinnittämistä ja korvaavien tuotteiden etsimistä.

ISO 15552 -paineilmasylinteri

ISO 15552 liittyy yleisesti käytettyihin teollisuuden paineilmasylintereihin ja niiden keskeisiin asennus- ja rajapintamitoituksiin. ISO 15552 paineilmasylinteristä käytetään myös nimitystä profiilisylinteri, koska sylinterin runko on tehty alumiiniprofiilista.

Tämän tyyppisiä sylintereitä käytetään paljon koneenrakennuksessa ja teollisuusautomaatiossa, joissa tarvitaan standardoitua sylinterirakennetta ja erilaisia kiinnitysvaihtoehtoja.

Kiinnitysvaihtoehdoista löytyy mm. erilaiset haarukat, etulaippa ja nivellaakerit. Verkkokaupassamme sylinterille sopivat kiinnitystarvikkeet on koottu liittyvät tuotteet osioon. Esimerkiksi kaksitoiminen ISO/VDMA paineilmasylinteri.

ISO 6432 -minisylinteri

ISO 6432 liittyy pienempiin pyöreärunkoisiin paineilmasylintereihin, joista käytetään usein nimitystä minisylinteri.

Minisylinteri sopii erityisesti kohteisiin, joissa:

• asennustila on pieni
• tarvittava voima on kohtuullinen
• halutaan kevyt ja kompakti rakenne.

Standardin mukaisuus helpottaa tuotteiden vertailua ja eri valmistajan sylinterit voidaan vaihtaa keskenään.

Milloin kompakti paineilmasylinteri kannattaa valita?

Kompaktisylinteri on hyvä vaihtoehto, kun sylinterille on vähän asennustilaa erityisesti liikkeen akselin suunnassa.

Kompaktista rakenteesta huolimatta myös tällaisessa sylinterissä on tarkistettava normaalit mitoitustiedot:

• männän halkaisija
• isku
• käytettävissä oleva voima
• kokonaismitat
• kiinnitys
• liitännät
• anturimahdollisuudet.

Pienikokoinen sylinteri ei siis automaattisesti tarkoita pientä voimaa. Sylinterin halkaisija ja käytettävä paine ratkaisevat edelleen voiman muodostumisen.

Mitä paineilmasylinterin päätyvaimennus tekee?

Männällä ja siihen liitetyllä kuormalla on liike-energiaa sylinterin lähestyessä päätyasentoa. Liike-energia on sitä suurempi mitä suurempi on liikuteltava massa ja liikenopeus. Jos liike pysähtyy sylinterin päätyyn äkillisesti, ilman riittävää vaimennusta, sylinteriin ja koneen rakenteisiin kohdistuu isku.

Päätyvaimennuksella männän liikettä hidastetaan ennen ääriasentoa.

Hyvin säädetty vaimennus voi:

• vähentää iskuja
• vähentää melua
• parantaa liikkeen hallintaa
• pienentää komponentteihin kohdistuvaa rasitusta.

Vaimennuksen merkitys kasvaa etenkin suurilla nopeuksilla, pitkillä iskuilla ja suurilla liikkuvilla massoilla.

Näin löydät vanhan paineilmasylinterin tilalle korvaavan sylinterin

Vanhaa sylinteriä vaihdettaessa paras lähtötieto on alkuperäisen tuotteen täydellinen mallikoodi. Yleensä tyyppikoodi riittää vastaavan tuotteen löytymiseen. Jos tyyppikilpi tai mallimerkintä on luettavissa, ota siitä kuva ennen sylinterin irrottamista.

Jos tyyppikoodia ei löydy komponentista eikä osaluettelosta, niin uutta sylinteriä aletaan etsimään seuraavien tietojen perusteella

• männän halkaisija
• iskunpituus
• sylinterin ulkomitat
• männänvarren halkaisija ja kierre
• asennusmitta ja muut kiinnitysmitat
• paineilmaliitäntöjen koko ja sijainti
• toimintatapa
• mahdollinen vaimennus
• anturit ja niiden kiinnitystapa.

Mitä enemmän alkuperäisestä tuotteesta on tietoa, sitä helpompi korvaava vaihtoehto on löytää.

Lakeuden Hydron asiantuntijoille kannattaa toimittaa myös kuvat koko sylinteristä, kiinnityksistä ja tyyppikilvestä, jos suoraa tuotenumeroa ei löydy.

Paineilmasylinterin anturit kertovat männän asennon

Monissa automaatiosovelluksissa ohjausjärjestelmän täytyy tietää, onko sylinteri esimerkiksi täysin sisällä tai ulkona.

Tähän käytetään sylinteriin asennettavia asentoantureita.

Männässä oleva magneetti mahdollistaa männän sijainnin tunnistamisen sylinteriputken ulkopuolelta sopivalla anturilla. Anturin signaalia voidaan käyttää esimerkiksi PLC:n, releohjauksen tai muun automaatiojärjestelmän tulona.

Anturia valittaessa tarkista:

• yhteensopivuus sylinterisarjan kanssa
• sähköinen toimintatapa
• käyttöjännite
• kaapelointi tai liitin
• tarvittava anturikiinnike.

Paineilmasylinterin asennuksessa linjaus on tärkeä

Yksi sylinterin käyttöikään eniten vaikuttavista asioista on mekaaninen asennus.

Männänvarteen ei saisi kohdistua tarpeetonta sivuttaisvoimaa. Jos sylinteri ja liikkuva mekanismi eivät ole samassa linjassa, männänvarsi, ohjainholkit ja tiivisteet kuormittuvat epätasaisesti.

Asennuksessa kannattaa varmistaa:

• sylinterin ja kuorman oikea linjaus
• riittävä mekaaninen ohjaus kuormalle
• kiinnikkeiden tukevuus
• letkujen ja putkien vapaa liike
• ettei männänvarsi joudu vääntökuormitukseen.

Nivelöidyissä mekanismeissa voidaan tarvita esimerkiksi nivelpäitä tai haarukkakiinnikkeitä sallimaan liikkeen luonnollinen kulma.

Paineilman laatu vaikuttaa sylinterin käyttöikään

Pneumatiikkajärjestelmään syötettävän ilman mukana ei pitäisi päästä sylinteriin ylimääräistä vettä, likaa tai muita epäpuhtauksia.

Ilman asianmukainen käsittely auttaa suojaamaan:

• sylinterien tiivisteitä
• venttiilejä
• kuristusventtiilejä
• pieniä virtauskanavia.

Paineilmajärjestelmän suodatus ja muu ilman käsittely toteutetaan käyttökohteen ja komponenttivalmistajien vaatimusten mukaan.

Tutustu Lakeuden Hydron paineilman huoltolaitteisiin.

Miksi paineilmasylinteri vuotaa tai kuluu ennenaikaisesti?

Sylinterin ennenaikaiseen kulumiseen voi olla useita syitä.

Yleisiä tarkistettavia asioita ovat:

• männänvarren sivuttaiskuormitus
• puutteellinen linjaus
• vaurioitunut männänvarren pinta
• likainen tai kostea paineilma
• liian suuri käyttönopeus
• puutteellinen päätyvaimennus
• väärä käyttöpaine
• kuluneet tiivisteet.

Pelkkä tiivisteiden vaihtaminen ei ratkaise ongelmaa pysyvästi, jos varsinainen kulumisen aiheuttaja jää järjestelmään.

Tarvitsetko apua paineilmasylinterin valintaan?

Lakeuden Hydrolta saat SMC- ja Metal Work -paineilmasylintereitä sekä muita pneumatiikkakomponentteja teollisuuden ja koneenrakennuksen tarpeisiin.

Jos oikean sylinterin mitoitus tai vanhan tuotteen korvaaminen on epäselvää, ota talteen vanhan sylinterin tuotetiedot ja mitat. Lakeuden Hydron asiantuntijat auttavat vaihtoehtojen vertaamisessa ja muun järjestelmän komponenttien valinnassa. Ota yhteyttä puhelimitse tai lähetä viesti lomakkeella.

Seuraavaksi kannattaa tutustua myös oppaaseen Pneumatiikkaventtiilien valinta ja paineilmasylinterin nopeuden säätö, sillä oikein mitoitettu sylinteri toimii suunnitellusti vain, jos myös venttiilit ja ilmavirtaus on mitoitettu oikein.