Siłowniki, czyli zróżnicowane napędy pneumatyczne

Siłowniki pneumatyczne różnią się pod wieloma względami. Należy do nich przede wszystkim budowa, która rozróżnia siłowniki tłokowe, nurnikowe, membranowe, mieszkowe (tzw. poduszki pneumatyczne lub bałwanki), workowe i dętkowe. Napędy dzieli się także ze względu na sposób przesuwania elementu wykonawczego, na siłowniki jednostronnego i dwustronnego działania.

Siłowniki jednostronnego działania wyposażone są w sprężynę, która jest elementem powracającym tłok do początkowej pozycji, gdy na wejściu zabraknie sprężonego powietrza. W tym przypadku czynnik gazowy zużywany jest tylko dla ruchu w stronę wyższego obciążenia. Zaletą takiego rozwiązania jest mniejsze zapotrzebowanie na medium, co w konsekwencji powoduje spadek poboru energii elektrycznej.

W siłownikach dwustronnego działania czynnik roboczy jakim jest sprężone powietrze, zasila na zmianę jedną oraz drugą komorę. Podczas doprowadzania medium do danych części cylindra, jednocześnie odpowietrzana jest przeciwległa komora. Tłoczysko poruszane jest w wyniku działania sprężonego powietrza na element wykonawczy powodując jego wysuwanie oraz wsuwanie, jak to pokazano na rysunku poniżej.

Wykorzystywane w pneumatyce materiały 

Siłownik pneumatyczny powinien być wytwarzany według odpowiednich norm, ale dopuszczalne jest także, że rodzaj tworzyw ustalany jest indywidualnie dla danego urządzenia.

Materiały na tłoczyska siłowników pneumatycznych 

Tłoczysko wykonuje się z pręta okrągłego o tolerancji f7 i chropowatości równej Ra 0,25 µm. Do materiałów tłoczyska należy pręt CK45 lub pręt stalowy nierdzewny w gatunku 1.4021 wyszlifowany oraz wypolerowany. W poniższej tabeli znajduje się porównanie parametrów wymienionych materiałów.

Skład chemiczny dla stali CK45:

Skład chemiczny dla stali nierdzewnej 1.4021

Oprócz wskazanych materiałów, Pneumat. wykonuje tłoczyska na specjalne zamówienie także ze stali AISI 303, AISI 316L lub innych.

Materiały dla profili siłowników pneumatycznych

Profil siłownika musi posiadać tolerancję H11 i maksymalną chropowatość Ra 0,6 µm.

Do materiałów profili zaliczany jest aluminium AlMgSi 0.5 DIN 1725 oraz rury z nierdzewnej stali 1.4301. W poniższej tabeli ukazane są właściwości poszczególnych materiałów.

Skład chemiczny materiału aluminiowego AlMgSi 0.5 DIN 1725

Skład chemiczny rury ze stali nierdzewnej 1.4301

Materiały uszczelnień siłowników pneumatycznych 

Wybór materiału na uszczelnienie siłownika skupia się na odpowiednim dopasowaniu tworzywa do przewidywanej pracy. Do prawidłowego doboru rodzaju uszczelnienia potrzebna jest wiedza na temat temperatury otoczenia, prędkości przesuwu tłoka, a także częstości wykorzystywania urządzenia.

Do rodzajów materiałów uszczelnień należy: 

*NBR – kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy, do właściwości NBR należy wysoka odporność chemiczna i niska odporność na ścieranie, która może skutkować szybkim powstaniem nieszczelności w siłowniku dla zastosowań z powietrzem niesmarowanym.

Parametry: 

Twardość: 70 SHORE A 

Temperatura pracy: -30°C - 105°C 

Ciśnienie pracy: 16 bar 

Prędkość przesuwu tłoka: ≤1.0 m/s 

*Poliuretan - dzięki wysokiej odporności na ścieranie siłowniki mogą pracować z powietrzem niesmarowanym przez bardzo długi czas.

Parametry: 

Twardość: 92 SHORE A 

Temperatura pracy: -30°C - 80°C 

Ciśnienie pracy: 12 bar 

Prędkość przesuwu tłoka: ≤1.0 m/s 

*Viton (FKM) -kauczuk fluorowy, uszczelnienie z Vitonu posiada bardzo dobrą odporność chemiczną, a także odporność na wysoką temperaturę. Te dwie cechy sprawiają, że jest on wykorzystywany tylko w niektórych zastosowaniach. 

Parametry: 

Twardość: 70 SHORE A 

Temperatura pracy: -30°C - 200°C 

Ciśnienie pracy: 12 bar 

Prędkość przesuwu tłoka: ≥1 m/s 

Uszczelnienie tłoka typu U

Uszczelnienie tłoczyska

Materiały na pokrywy siłowników pneumatycznych 

Materiały pokryw siłowników muszą mieć właściwości umożliwiające obróbkę i anodowanie. Dzięki procesowi anodowania utwardzana jest powierzchnia oraz wzmacniane są właściwości antykorozyjne. 

Parametry aluminium 2017A: 

Twardość ok 110 HB 

Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 350 Ma 

Granica plastyczności Rp0.2 = 250 Mpa 

Normy stosowane w produkcji siłowników pneumatycznych 

Dzięki normalizacji siłowników pneumatycznych, części napędów są zamienne, klienci mogą korzystać z usług wielu dostawców, a wybór odpowiednich mocowań jest prostszy. Dany znormalizowany siłownik może być produkowany w różnych wersjach materiałowych.

W Polsce korzysta się z następujących norm określających wymiary montażowe: 

- ISO6432 (siłowniki okrągłe o średnicach od fi 8 do fi 25mm) 

- ISO15552 (siłowniki profilowe o średnicach od fi 32 do fi 125mm) 

- ISO21287 (siłowniki kompaktowe o średnicach od fi 16 do fi 100mm) 

- UNITOP (siłowniki kompaktowe o średnicach od fi 16 do fi 100mm) 

Autor: Dział Siłowników Pneumatycznych w Pneumat.