Fluid Lab -P - festo-didactic.com · Die Software Fluid Lab ... Pneumatik. Die Themen der Übungen sind: • Aufnehmen von Kennlinien einzelner Komponenten • Vergleich der Anwendung

Festo Didactic DE 07/2009

Fluid Lab®-P Aufgabensammlung mit Lösungen

© Festo Didactic GmbH & Co. KG Fluid Lab®

-P

Stand: 07/2009 Autor: Hans Kaufmann Grafik: Doris Schwarzenberger Layout: 28.08.2009, Frank Ebel © Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2009 Internet: www.festo-didactic.com E-Mail: [email protected] Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen durchzuführen.

Hinweis

Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische

Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem

besseren Verständnis der Formulierungen.


-P 3

Vorwort ___________________________________________________________ 5 Arbeits- und Sicherheitshinweise _________________________________________ 7 Technische Hinweise ___________________________________________________ 8 Zuordnung von Geräten und Aufgaben ___________________________________ 11 Vorbereitung Schnittstellentest ____________________________________________________ 15 Grundversuche Aufgabe 1.1 Druckaufnahme __________________________________________ 19 Aufgabe 1.2 Messdatenerfassung p, q, V, F _______________________________ 21 Aufgabe 1.3 Drosselkennlinie __________________________________________ 23 Aufgabe 1.4 Druckregelventil __________________________________________ 29 Aufgabe 1.5 Logische Verknüpfungen – Zweidruck- und Wechselventile _______ 33 Aufgabe 1.6 Ventilschaltzeiten _________________________________________ 39 Zylindersteuerungen Aufgabe 2.1 Einfachwirkender Zylinder __________________________________ 43 Aufgabe 2.2 Doppeltwirkender Zylinder __________________________________ 47 Aufgabe 2.3 Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder (optional) ________ 55 Aufgabe 2.4 Kolbenkraftmessung doppeltwirkender Zylinder (optional) _______ 61 Aufgabe 2.5 Schnellentlüftungsventil ___________________________________ 75 Aufgabe 2.6 Zylinderschaltung Luftmenge (Druckluftverbrauch) ______________ 79 Aufgabe 2.7 Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung __________________ 83 Proportionaltechnik Aufgabe 3.1 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Handeinstellung _____ 87 Aufgabe 3.2 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Automatik __________ 91 Aufgabe 3.3 Anwendung Proportional-Druckregelventil – Druckstufen und Sinussignal __________________________________________ 99 Regelungstechnik Aufgabe 4.1 Regelungstechnik – Strecke 1. Ordnung ______________________ 109 Aufgabe 4.3 Zweipunktregler (unstetiger Regler) _________________________ 113 Aufgabe 4.5 PID-Regler (stetiger Regler) ________________________________ 117

Inhalt

Inhalt

4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Fluid Lab®

-P

Lösungen Lösung 1.1 Druckaufnahme _________________________________________ 121 Lösung 1.2 Messdatenerfassung p, q, V, F ______________________________ 122 Lösung 1.3 Drosselkennlinie _________________________________________ 123 Lösung 1.4 Druckregelventil _________________________________________ 125 Lösung 1.5 Logische Verknüpfungen – Zweidruck- und Wechselventile ______ 127 Lösung 1.6 Ventilschaltzeiten ________________________________________ 129 Lösung 2.1 Einfachwirkender Zylinder _________________________________ 131 Lösung 2.2 Doppeltwirkender Zylinder _________________________________ 133 Lösung 2.3 Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder (optional) _______ 137 Lösung 2.4 Kolbenkraftmessung doppeltwirkender Zylinder (optional) ______ 139 Lösung 2.5 Schnellentlüftungsventil __________________________________ 145 Lösung 2.6 Zylinderschaltung Luftmenge (Druckluftverbrauch) _____________ 146 Lösung 2.7 Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung _________________ 148 Lösung 3.1 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Handeinstellung ____ 150 Lösung 3.2 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Automatik _________ 151 Lösung 3.3 Anwendung Proportional-Druckregelventil – Druckstufen und Sinussignal _________________________________________ 154 Lösung 4.1 Regelungstechnik – Strecke 1. Ordnung ______________________ 158 Lösung 4.3 Zweipunktregler (unstetiger Regler) _________________________ 159 Lösung 4.5 PID-Regler (stetiger Regler) ________________________________ 160


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Die vorliegende Aufgabensammlung ermöglicht in Verbindung mit der Software Fluid Lab®-P den Einstieg in die PC gestützte pneumatische Messtechnik. Die Software Fluid Lab®-P erlaubt dem Anwender Druckverläufe, Durchflusskennlinien, Ventilcharakteristiken und Kraftverläufe zu beobachten, zu analysieren und zu dokumentieren. Dadurch lässt sich die Software sehr gut in das komplexe Thema Fehlersuche integrieren. Der Anwender lernt, pneumatische Schaltkreise besser zu verstehen. Weiterhin lernt der Anwender den Datentransfer während der Messdatenerfassung kennen. Zur praktischen Durchführung der Übungen wird benötigt: • Pneumatische Komponenten aus den Gerätesätzen TP 101 und TP 201 • Druckluftversorgung (pmax = 7 bar bzw. 700 kPa) • Spannungsversorgung 24 V DC • Profilplatte für Quick-Fix • EasyPort USB (Bestell-Nr. 548687) • Anschlusseinheit, analog (Bestell-Nr. 162247) • E/A-Datenkabel, analog (Bestell-Nr. 189551) • Universalanschlusseinheit, digital (SysLink) (Bestell-Nr. 162231) • E/A-Datenkabel mit beidseitigen SysLink-Steckern (Bestell-Nr. 34031) • Drucksensor mit Anzeige (Bestell-Nr. 539757) • Durchfluss-Sensor mit Anzeige(Bestell-Nr. 539758) • Druckregelventil mit Druckmessgerät (Bestell-Nr. 539756) • Drosselventil (Bestell-Nr. 193972) • Rückschlagventil, entsperrbare Rückschlagfunktion (Bestell-Nr. 540715) • Proportional-Druckregelventil (Bestell-Nr. 539779) • Kraftsensor (optional) (Bestell-Nr. 539780) • 5/3-Wege-Magnetventil, Mittelstellung gesperrt (optional) (Bestell-Nr. 541132) • Windows PC mit Fluid Lab®-P 2.0

Vorwort

Vorwort


-P

In der vorliegenden Aufgabensammlung werden Kenntnisse vermittelt über die physikalischen Zusammenhänge und die wichtigsten Grundschaltungen der Pneumatik. Die Themen der Übungen sind: • Aufnehmen von Kennlinien einzelner Komponenten • Vergleich der Anwendung unterschiedlicher Komponenten • Aufbauen verschiedener Grundschaltungen Technische Voraussetzungen für einen sicheren Betrieb der Komponenten sind: • Ein Verdichter für Betriebsdruck 600 kPa (6 bar) und Volumenstrom 50 l/min • Für den Verdichter eine Spannungsversorgung von 230 V AC • Für elektrisch betätigte Ventile ein Netzgerät mit 24 V DC • Zur Befestigung der Geräte eine Profilplatte von Festo Didactic Die theoretischen Zusammenhänge sind in dem Lehrbuch Pneumatik, Grundstufe dargestellt. Als weitere Ausbildungsmittel zur Pneumatik bietet Festo Didactic an: • FluidSIM® P • Multimedial aufbereitete Lernprogramme • Haftbildzeichen • Foliensatz • Schnittmodelle • Interaktives Video • Symbolbibliothek


-P 7

Allgemein • Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders

an den Steuerungen arbeiten. • Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten,

insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit! Mechanik • Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte. • Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden. • Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche!

Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher.

• Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau. Elektrik • Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Verbindungen nur in spannungslosem

Zustand! • Verwenden Sie für die elektrischen Verbindungen nur Anschlussleitungen mit

Sicherheitssteckern. • Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC. Pneumatik • Überschreiten Sie nicht den zulässigen Druck von 600 kPa (6 bar). • Schalten Sie die Druckluft erst ein, wenn Sie alle Schlauchverbindungen

hergestellt und gesichert haben. • Entkuppeln Sie keine Schläuche unter Druck. • Verletzungsgefahr beim Einschalten von Druckluft!

Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren. • Unfallgefahr durch abspringende Schläuche!

– Verwenden Sie kürzest mögliche Schlauchverbindungen. – Tragen Sie eine Schutzbrille. – Beim Abspringen von Schläuchen: Schalten Sie die Druckluftzufuhr sofort ab.

• Pneumatischer Schaltungsaufbau: Verbinden Sie die Geräte mit dem Kunststoffschlauch mit 4 mm oder 6 mm Außendurchmesser. Stecken Sie dabei den Schlauch bis zum Anschlag in die Steckverbindung.

• Schalten Sie vor dem Schaltungsabbau die Druckluftversorgung ab. • Pneumatischer Schaltungsabbau:

Drücken Sie den blauen Lösungsring nieder, der Schlauch kann abgezogen werden.

Arbeits- und Sicherheitshinweise


-P

Verwendete Symbole

Signaleingabe, elektrisch

S S SS

Meldeeinrichtung und Verteiler,

elektrisch P P

Relais, 3fach

K

Einfachwirkender Zylinder A

Doppeltwirkender Zylinder A

Einschaltventil mit Filterregelventil

2

31

Z

Verteilerblock Z

Näherungsschalter mit

Zylinderbefestigung BN

BU

BK

B

Technische Hinweise

Technische Hinweise


-P 9

Symbole des Gerätesatzes

Grenztaster elektrisch, Betätigung von

links oder rechts B

3/2-Wege-Magnetventil, in

Ruhestellung gesperrt

2

31

M

M

V

5/2-Wege-Magnetventil

M

24

351

M

V

5/2-Wege-Magnet-Impulsventil

M1 M2

24

351

M2M1

V

5/3-Wege-Magnetventil

M1 M2

24

351

M2M1

V

Rückschlagventil, entsperrbar 2

1 21

V

Proportional-Druckregelventil 2

1 3

V

Technische Hinweise


-P

Symbole des Gerätesatzes

Drucksensor BN

BU

U

p

p

BK

WH

B B

Durchfluss-Sensor BN

BU

U

q

q

2BK

GYWH

B B

Kraftsensor RD

BU

W BK

WHU

B

+


-P 11

Aufgabe 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Geräte Gerätesatz

Fluid Lab®-P V2.0 TP 210 1 1 1 1 1 1

SysLink Kabel, digital TP 210 1 1 1 1 1 1

Universalanschlusseinheit, digital TP 210 1 1 1 1 1 1

Anschlusseinheit, analog TP 210 1 1 1 1 1 1

E/A-Datenkabel, analog TP 210 1 1 1 1 1 1

EasyPort USB TP 210 1 1 1 1 1 1

Durchfluss Sensor TP 210 1

Drucksensor TP 210 1 1 2

Drosselventil TP 210 1

Druckregelventil mit Manometer TP 210 1

Drucksensor TP 201 1 1

Einschaltventil mit Filterregelventil TP 201 1 1

Drossel-Rückschlagventil TP 201 1 2

5/2-Wege-Magnetventil TP 201 1

Druckregelventil mit Manometer TP 101 1 1

Wechselventil (ODER) TP 101 1

Zweidruckventil (UND) TP 101 1

3/2-Wegeventil mit Drucktaste, in Ruhestellung geschlossen TP 101 2

Grundversuche

Zuordnung von Geräten und Aufgaben



-P

Aufgabe 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

Geräte Gerätesatz

Fluid Lab®-P V2.0 TP 210 1 1 1 1 1 1 1

SysLink Kabel, digital TP 210 1 1 1 1 1 1 1

Universalanschlusseinheit, digital TP 210 1 1 1 1 1 1 1

Anschlusseinheit, analog TP 210 1 1 1 1 1 1 1

E/A-Datenkabel, analog TP 210 1 1 1 1 1 1 1

EasyPort USB TP 210 1 1 1 1 1 1 1

Durchfluss Sensor TP 210 1 1

Drucksensor TP 210 1 2 1 2 2 2 2

Drosselventil TP 210 3


4-fach Steckverteiler TP 210 2

Rückschlagventil, entsperrbar TP210 2

5/3-Wege-Magnetventil optional 1

Kraftsensor optional 1 1

Drucksensor TP 201 1 1 1 1 1 1 1

Einschaltventil mit Filterregelventil TP 201 1 1 1 1 1 1 1

Drossel-Rückschlagventil TP 201 1 2 1 2 2 2

3/2-Wege-Magnetventil, in Ruhestellung geschlossen TP 201 1 1 2

5/2-Wege-Magnetventil TP 201 1 1 1 1

Einfachwirkender Zylinder TP 201 1 1

Doppeltwirkender Zylinder TP 201 1 1 1 1 1

Näherungsschalter TP 201 2 2 2 2

Schnell-Entlüftungsventil TP 101 1


Zylindersteuerungen



-P 13

Aufgabe 3.1 3.2 3.3 4.1 4.3 4.5

Geräte Gerätesatz

Fluid Lab®-P V2.0 TP 210 1 1 1 1 1 1

SysLink Kabel, digital TP 210 1 1 1 1 1 1

Universalanschlusseinheit, digital TP 210 1 1 1 1 1 1

Anschlusseinheit, analog TP 210 1 1 1 1 1 1

E/A-Datenkabel, analog TP 210 1 1 1 1 1 1

EasyPort USB TP 210 1 1 1 1 1 1

Drosselventil TP 210 1 1 1

Proportional-Druckregelventil TP 210 1 1 1 1 1 1

Drucksensor TP 201 1 1 1 1 1 1

Einschaltventil mit Filterregelventil TP 201 1 1 1 1 1 1

Drossel-Rückschlagventil TP 201 2 1 4

3/2-Wege-Magnetventil, in Ruhestellung geschlossen TP 201 1 1

Doppeltwirkender Zylinder TP 201 1 1 1

Proportional- und Regelungstechnik



-P


-P 15

Schließen Sie den EasyPort USB an und starten Sie die Software. Das System initialisiert sich selbständig. Die aufgebaute Verbindung wir durch eine grüne Lampe angezeigt.

Symbol Bemerkung

Grundversuche

Zylindersteuerungen

Proportionaltechnik

Regelungstechnik

Einstellungen

Hilfe

Hinweis Bei Änderungen der Einstellungen muss das Programm beendet und neu gestartet werden. Es ist ratsam, auch die Versorgungsspannung des EasyPorts kurz aus- und wieder einzuschalten.

Vorbereitung Schnittstellentest

Problemstellung

Vorbereitung – Schnittstellentest


-P

Die Schnittstelle (EasyPort) kann analoge Spannungen (0 – 10 V) und digitale Signale (24 V) verarbeiten. Bei angeschlossenen Sensoren können Sie die Werte anpassen. In diesem Menü können die Analogwerte der Sensoren so angepasst werden, dass eine korrekte Anzeige der physikalischen Größen am Bildschirm erfolgt.

1: Faktor 6: Speichern der Einstellungen

2: Einheit: bar, psi, MPa 7: Anzeige digitale Eingänge

3: Offset 8: Schalten der digitalen Ausgänge

4: Filter (Dämpfung des Signals) 9: Ansteuern der analogen Ausgänge

5: Messgeschwindigkeit, Abtastzeit 10: Festlegen des freien Kanals

Einstellung der Schnittstelle

Lageplan



-P 17

Da das Verhältnis von physikalischem Signal zu elektrischen Signal unterschiedlich ist, müssen die Anzeigewerte umgerechnet werden.

Signal Wirkung von Faktor Wirkung von Offset

Formel

OffsetFaktorEasyPortamSpannung tAnzeigewer +⋅=

Allgemeine Formel zur Bestimmung von Faktor und Offset

ng)angsspannuSensorausgmin.-ngangsspannuSensorausg(max.t)Anfangswer-(Endwert

Faktor =

))ngangsspannuSensorausg.min(Faktor-rt(Anfangswe- Offset ⋅=

Beispiel Der verwendete Drucksensor (Bestell-Nr. 539757) hat folgende Daten: Druckbereich: 0 – 10 bar Ausgangsspannung: 0 – 10 V Bestimmung von Faktor und Offset: Da hier das Spannungssignal proportional dem Druck ist, gilt: Faktor = 1 Offset = 0. Der Anzeigewert ist dann in bar. Umrechnung der Einheiten: 1 bar = 0,1 MPa = 14,503 psi

Faktor und Offset

Druckmessung



-P

Beispiel: Der verwendete Durchfluss-Sensor (Bestell-Nr. 539758) hat folgende Daten: Durchflussbereich: 0 – 50 l/min Ausgangsspannung: 1 – 5 V Bestimmung von Faktor und Offset:

Faktor: 5,12)1-5()0-50(=

Offset: 5,121)12,5--(0 −=⋅

Der Anzeigewert ist dann in l/min. Beispiel: Der verwendete Kraftsensor (Bestell-Nr. 539780) hat folgende Daten: Kraftbereich: 0 – 1 kN Ausgangsspannung: 0 – 10 V Bestimmung von Faktor und Offset: Da hier das Spannungssignal proportional zur Kraft ist, gilt: Faktor = 1 Offset = 0 Der Anzeigewert ist dann in kN. Die Sensorsignale können während der Messung stark schwanken. Wenn das in der Anzeige nicht gewünscht ist, kann der Wert des Filters hochgesetzt werden. Die Signale werden dadurch gedämpft. 0 = keine Dämpfung 10 = maximale Dämpfung

Volumenstrommessung

Kraftmessung

Filter


-P 19

Der Versuch soll zeigen, wie Sie mit einem elektronischen Drucksensor Drücke messen und am Bildschirm anzeigen können. • Der Drucksensor nimmt den Druck auf und gibt eine Spannung aus. • Mit dem EasyPort werden die Spannungen gemessen, in einen digitalen Wert

gewandelt und dem PC über die serielle Schnittstelle übermittelt. Durch Umrechnung entsteht eine Zahl, die dem Druck entspricht (Umrechnung siehe Handbuch EasyPort).

Druckaufnahme mit verschiedenen Druckeinstellungen

1: Anzeige Schaltplan 5: Hilfe zur Aufgabe

2: Start/Stop Messung 6: Druckanzeige

3: Drucken des gesamten Messfensters 7: Datenverarbeitung

4: Speichern des gesamten Messfensters 8: Versuchsaufbau

• Menü „Grundversuche: Druckaufnahme“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Messung starten • Druckregelventil auf verschiedene Drücke einstellen

Aufgabe 1.1 Druckaufnahme

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Durchführung

Aufgabe 1.1 – Druckaufnahme


-P

Druckaufnahme und Weiterverarbeitung des aufgenommenen Druckes z.B. für die Drucküberwachung 1. Bestimmen Sie Faktor und Offset für einen Drucksensor:

Druckbereich: 0 – 10 bar, Ausgangsspannung: 0 – 10 V. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Ein Drucksensor zeigt immer 0,2 bar über dem tatsächlichen Druck an. Welche Änderung der Einstellungen (Faktor, Offset) nehmen Sie vor?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Welche Aufgabe hat der EasyPort? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

4. Nennen Sie Fälle, bei denen die Druckaufnahme wichtig ist. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Praktische Einsatzbeispiele

Erkenntnisfragen


-P 21

Nutzen Sie die freie Messdatenerfassung für die Analyse verschiedener Prozesse z.B. aus MPS oder selbst erstellter Schaltungen mit TP 201. Untersuchen Sie beispielsweise • Zykluszeiten • Druckverläufe • Verbrauch von Druckluft je Zyklus o.ä. • Kolbenkräfte Optimieren Sie Ihren Prozess bzgl. • Zykluszeit oder Verbrauch • Menü „Grundversuche: Messdatenerfassung“ auswählen • Pneumatische Steuerung aufbauen • EasyPort verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Messung starten Hinweis zur Bedienung des Cursors Fahren Sie mit dem Cursor in den Koordinatenursprung (0/0). Ziehen Sie den Cursor mit gedrückter linker Maustaste in das Diagramm. Es werden Messlinien im Diagramm dargestellt. Die Messwerte werden angezeigt. Im oberen Diagramm kann der Cursor in der Zeit- und Druckachse verschoben werden. Im mittleren und unteren Diagramm kann dann der Cursor jeweils in Y-Richtung verschoben werden. Mit dem Button "Reset" werden die Messlinien und die angezeigten Messwerte auf Null zurückgesetzt.

1: Anzeige Schaltplan 5: Speichern des gesamten Messfensters

2: Start/Stop Messung 6: Speichern der Messwerte

3: Schalten von zwei digitalen Ausgängen 7: Hilfe zur Aufgabe

4: Drucken des gesamten Messfensters

Aufgabe 1.2 Messdatenerfassung p, q, F

Versuch

Durchführung

Funktionsleiste

Aufgabe 1.2 – Messdatenerfassung p, q, F


-P


-P 23

Die Drossel stellt eine Engstelle im System dar. Mit der Einstellschraube können Sie den Drosselquerschnitt verändern. Bei Durchströmung wird ein Teil der Energie in Wärmeenergie umgesetzt. Daraus resultiert der geringere Druck nach der Drossel. Untersuchen des Verhaltens eines Drosselventils bei verschiedenen Einstellungen. Verwenden Sie dazu optional Drossel-Rückschlagventile in Drosselrichtung.

1: Messwerte 4: Messpunkt

2: Reset Messwerte 5: gemessene Kennlinien löschen

3: Anzeigebereich, kann verändert werden 6: Cursor fassen und ziehen

Zur Aufnahme der Kennlinien werden zwei Drucksensoren und ein Durchfluss-Sensor benötigt. Der Versuch soll mit verschiedenen Drosselstellungen durchgeführt werden.

Aufgabe 1.3 Drosselkennlinie

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Arbeitsplanung

Aufgabe 1.3 – Drosselkennlinie


-P

• Menü „Grundversuche: Drosselkennlinie“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Mit dem Druckregelventil [1] einen Druck von ca. 6 bar einstellen • Zu überprüfendes Drosselventil [grau] leicht öffnen • Drosselventil [2] schließen. Messung starten • Drosselventil [2] langsam öffnen und wieder schließen (Simulation einer

Gegenlast) Wiederholen Sie den Versuch mit mittlerer und geöffneter Einstellung des zu überprüfenden Drosselventils [grau].

Durchführung



-P 25

Versuchsbeschreibung Drosselkennlinie

Tragen Sie die Erklärungen zu den Kurven ein, die im Diagramm markiert sind: 1 __________________________________________________________________

2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Sobald die simulierte Gegenlast am Drosselventil [2] steigt, sinkt der Volumenstrom, der Druck p2 steigt und somit wird der Druckunterschied ∆p automatisch kleiner

• Je nach Drosseleinstellung wird die Druckkurve (∆p) bei simulierter Gegenlast flacher oder steiler

• Es strömt bei geringer Gegenlast mehr (bei geöffnetem Drosselventil) oder weniger (bei geschlossenem Drosselventil) Luft durch die Drossel

• Wird die Gegenlast erhöht, verringert sich der Volumenstrom und fällt je nach Gegenlast bis auf 0 l/min zurück

• Das Drosselventil arbeitet lastabhängig • Der Systemdruck fällt bei geöffnetem Drosselventil leicht ab Reduzieren der Geschwindigkeit von pneumatischen Antrieben (Zylindern, Motoren, …) Zuschalten eines Drosselventils bei Vorschüben bzw. Geschwindigkeitsreduktionen 1. Welche Hauptwirkung hat eine Drossel? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wie verhält sich der Kolben eines Zylinders bei steigender Gegenkraft? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Warum fällt der Druck p1 bei steigendem Volumenstrom? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Versuchsauswertung (am Beispieldiagramm)


Erkenntnisfragen



-P 27

4. Tragen Sie jeweils den vermuteten Verlauf der Kennlinie bei a) ganz geschlossener und b) ganz offener Drossel ein und begründen Sie Ihre Entscheidung.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

5. Berechnen Sie die ungefähre Verlustleistung P an der Drossel bei q = 25 l/min und p1 – p2 = 1,5 bar.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

6. Welche Aufgabe übernimmt das Drosselventil im Luftstrom? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



-P


-P 29

Der Arbeitsdruck soll bei wechselndem Luftverbrauch und Eingangsdrücken konstant gehalten werden. Dazu werden Druckregelventile eingesetzt. Ermitteln und Auswerten des Verhaltens eines Druckregelventils bei verschiedenen Druckeinstellungen.

1: Messwerte 4: Messpunkt

2: Reset Messwerte 5: Zeitachse, kann verändert werden

3: Anzeigebereich, kann verändert werden

Zur Aufnahme der Kennlinien werden zwei Drucksensoren benötigt. Es sollten Kennlinien bei verschiedenen Einstellungen aufgenommen werden.

Aufgabe 1.4 Druckregelventil

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Arbeitsplan

Aufgabe 1.4 – Druckregelventil


-P

• Menü „Grundversuche: Druckregelventil“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Druckregelventil [2] auf mittlere Einstellung stellen • Drosselventil auf mittlere Drosselstellung stellen • Messung starten • Druckregelventil [1] ganz aufdrehen und wieder zudrehen Wiederholen Sie den Versuch mit verschiedenen Druckeinstellungen am Druckregelventil [2].

Durchführung



-P 31

Versuchsbeschreibung Druckregelventil


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Wenn das Druckregelventil [1] mehr Vorspannung erhält, steigen der Druck p1 sowie der Druck p2 an

• Sobald der eingestellte Druckpegel p2 des Druckregelventils [2] erreicht wird, öffnet das Druckregelventil [2] und der Druck p2 steigt nicht mehr weiter an

• Der Druck p1 steigt weiter, bis zum Systemdruck • Beim Schließen des Druckregelventils [1] fällt der Druck p1 wieder ab • Der Druck p2 fällt ebenfalls, sobald der eingestellte Druckpegel am

Druckregelventil [2] unterschritten wird Einstellen des Systemdrucks Pneumatische Steuerung mit unterschiedlichen Druckzonen (Steuer- und Arbeitsdruck oder Arbeits- und Leerhub) 1. Wann öffnet das Druckregelventil generell? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wie verhält sich der Druck bei gebrochener Feder? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfragen


-P 33

Zweidruck- und Wechselventile verhalten sich bei Beaufschlagung mit Druck unterschiedlich. Zweidruckventile verknüpfen zwei Eingangssignale zu einem Ausgangssignal im Sinne einer logischen UND-Funktion. Wird nur ein Eingang mit Druckluft beaufschlagt, sperrt das Sperrelement das Ausgangssignal. Wechselventile besitzen zwei wechselseitig sperrbare Eingänge. Wird ein Eingang mit Druckluft beaufschlagt, sperrt das Sperrelement den nicht beaufschlagten Eingang ab und gibt das Ausgangssignal frei. Wechselventile verknüpfen zwei Luftsignale im Sinne einer logischen ODER-Funktion. Verhalten eines Zweidruck- bzw. Wechselventils ermitteln und auswerten

1: Schwellenwerteinstellung 4: Anzeigebereich, kann verändert werden

2: Zeit an der Messlinie 5: Messlinie

3: Auswahl Zweidruck- oder Wechselventil 6: Zeitachse, kann verändert werden

Aufgabe 1.5 Logische Verknüpfungen – Zweidruck- und Wechselventile

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Aufgabe 1.5 – Logische Verknüpfungen – Zweidruck- und Wechselventile


-P

Hinweis Die Drucksignale sind analoge Signale. Die Logik ist jedoch 2-wertig (0, 1). Beim Schwellwert kann angegeben werden, ab welchem Analogwert die Umschaltung von 0 nach 1 erfolgen soll. So hat jedes Stellglied einen Schwellwert, ab welchem es umschaltet. Durch Einstellen des Schwellwertes kann dieser Umschaltpunkt simuliert werden. Zur Aufnahme der Eingangssignale und des Ausgangssignals werden drei Drucksensoren benötigt. • Menü „Grundversuche: UND – ODER“ auswählen • „UND“ wählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Schwellenwert einstellen • Messung starten • 3/2-Wegeventil S1 betätigen • 3/2-Wegeventil S2 betätigen • 3/2-Wegeventil S1 sowie 3/2-Wegeventil S2 betätigen

Arbeitsplanung

Durchführung 1



-P 35

Versuchsbeschreibung Zweidruckventil (UND)


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

• Wenn das 3/2-Wegeventil S1 betätigt wird, liegt am Ausgang Q1 Signal 0 an • Wenn das 3/2-Wegeventil S2 betätigt wird, liegt am Ausgang Q1 Signal 0 an • Sobald das 3/2-Wegeventil S1 sowie das 3/2-Wegeventil S2 betätigt werden,

liegt am Ausgang Q1 Signal 1 an • Wird der eingestellte Schwellenwert von S1 oder S2 nicht erreicht, gibt der

Ausgang Q1 kein Signal frei

Auswertung




-P

Wenn zwei Bedingungen erfüllt sein müssen: z.B. Zylinder in hinterer Endlage UND manuelle Betätigung eines 3/2-Wegeventils. 1. Erklären Sie den Begriff Schwellwert. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Weshalb liegt beim Zweidruckventil der niedrigere Druck am Ausgang an? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

• „ODER“ wählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Schwellenwert einstellen • Messung starten • 3/2-Wegeventil S1 betätigen • 3/2-Wegeventil S2 betätigen • 3/2-Wegeventil S1 sowie 3/2-Wegeventil S2 betätigen


Erkenntnisfragen

Durchführung 2



-P 37

Versuchsbeschreibung Wechselventil (ODER)


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

• Wenn das 3/2-Wegeventil S1 betätigt wird, liegt am Ausgang Q1 Signal 1 an • Wenn das 3/2-Wegeventil S2 betätigt wird, liegt am Ausgang Q1 Signal 1 an • Wenn das 3/2-Wegeventil S1 sowie das 3/2 Wegeventil S2 betätigt werden, liegt

am Ausgang Q1 ebenfalls Signal 1 an • Wird der eingestellte Schwellwert von S1 und S2 nicht erreicht, gibt der Ausgang

Q1 kein Signal frei

Auswertung




-P

Betätigung von unterschiedlichen Stellen Logische Verknüpfungen 1. Weshalb kann mit jedem von beiden Eingangssignalen ein Ausgangssignal

gegeben werden? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Liegt am Ausgang des Wechselventils der höhere oder der niedrigere Druck an?

Begründen Sie Ihre Antwort.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________


Erkenntnisfragen


-P 39

Zur Fehlersuche an Systemen ist es oft wichtig, die Zeitverzögerungen zwischen dem bestromen der Spule und dem tatsächlichen Druckaufbau zu ermitteln. Ermitteln und Untersuchen der Ventilschaltzeiten eines 3/2- oder 5/2-Wege-Magnetventils mit Federrückstellung.

1: Anzeigebereich, kann verändert werden 4: Messwertdifferenzanzeige

2: Textfeld „Bemerkungen“ 5: Zeitachse

3: Reset Messwerte

Hinweis Der Prozess läuft selbstständig ab. Die Ventilspule wird mehrmals bestromt, die Anzeige des Messergebnisses erfolgt nach Abschluss der Messung. Zur Aufnahme des Druckverlaufs wird ein Drucksensor benötigt.

Aufgabe 1.6 Ventilschaltzeiten

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Arbeitsplanung

Aufgabe 1.6 – Ventilschaltzeiten


-P

• Menü „Grundversuche: Ventilschaltzeiten“ auswählen

• Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen

Klicken Sie zur Darstellung des Schaltplans auf • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Messung starten Versuchsbeschreibung Ventilschaltzeiten


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

Durchführung

Auswertung



-P 41

• Sobald Messung gestartet wird, zieht die Magnetspule an, fällt ab, zieht wieder an und fällt wieder ab

• Wenn die Spannung an der Magnetspule abfällt, entsteht eine Zeitverzögerung, bis der Druck p1 ebenfalls abfällt

• Wenn die Spannung an der Magnetspule ansteigt, entsteht ebenfalls eine Zeitverzögerung, bis der Druck p1 wieder ansteigt

Ermittlung der Zeitverzögerung zwischen Ventilschaltzeit und Druckaufbau. 1. Welche Elemente des Ventils beeinflussen die Ventilschaltzeiten? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wodurch entstehen Zeitverzögerungen, die im Diagramm aufgezeichnet werden? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Wie lässt sich der Unterschied bei der Anzugs- und Abfallverzögerung erklären? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfragen



-P

4. Verlängern Sie die Leitung zwischen Ventil und Drucksensor auf ca. 2 m und wiederholen Sie den Versuch. Begründen Sie das Verhalten des Druckaufbaus.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erweiterung


-P 43

Ein einfachwirkender Zylinder wird mit einem 3/2- oder 5/2-Wege-Magnetventil angesteuert. Die Geschwindigkeit wird mit einem Drossel-Rückschlagventil beeinflusst (Zuluftdrosselung). Der Rückhub erfolgt durch Federkraft. Das Druckverhalten eines einfachwirkenden Zylinders untersuchen

1: Anzeigebereich, kann verändert werden 5: Reset Messwerte

2: Zeitachse, kann verändert werden 6: Messwertdifferenzanzeige

3: Messwerte 7: Messwertanzeige

4: Textfeld „Bemerkungen“ 8: Ein-/Ausblenden von Grenztastersignalen

Der Versuch kann mit verschiedenen Einstellungen am Drossel-Rückschlagventil durchgeführt werden.

Aufgabe 2.1 Einfachwirkender Zylinder

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Arbeitsplanung

Aufgabe 2.1 – Einfachwirkender Zylinder


-P

• Menü „Zylindersteuerungen: Einfachwirkender Zylinder“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan anschließen • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Geschwindigkeit am Drossel-Rückschlagventil einstellen. Einmal sehr langsam

und einmal schneller fahren lassen • Messung starten • Zylinder aus- und wieder einfahren • Messung stoppen • Messung auswerten Versuchsbeschreibung einfachwirkender Zylinder

Durchführung

Auswertung



-P 45


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

9 __________________________________________________________________

10 __________________________________________________________________

11 __________________________________________________________________

12 __________________________________________________________________

13 __________________________________________________________________

• Spule 1M1 zieht an, Druck p1 baut sich vor der Drossel auf • Zylinder fährt nach kurzem Anfahrsprung mit geringem, aber steigendem

Ausfahrdruck p2 aus • Ausfahrdruck p2 baut sich erst auf, wenn der Zylinder die Endlage erreicht • Je nach Drosseleinstellung verzögert bzw. verringert sich die Zeit, bis der volle

Druck p2 erreicht ist • Der Ausfahrdruck p2 fällt schnell ab und baut sich beim Erreichen der hinteren

Endlage ganz ab




-P

Spannvorrichtungen Zufuhrzylinder Einpressprozesse etc. 1. Wodurch entsteht der „Anfahrsprung“ (siehe Druckverlauf)? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Weshalb wird der volle Spanndruck erst nach längerer Zeit erreicht? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Warum steigt der Druck während des Ausfahrens? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________


Erkenntnisfragen


-P 47

Ein doppeltwirkender Zylinder soll mit einem 4/2- oder einem 5/2-Wege-Magnetventil ausgesteuert werden. Je einmal mit Zuluft- und Abluftdrosselung. Untersuchen des Ausfahrverhaltens eines doppeltwirkenden Zylinders unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wie z.B. Geschwindigkeiten, Kräfte, durch Zuluft- und Abluftdrosselung.

1: Anzeigebereich, kann verändert werden 6: Messwertdifferenzanzeige

2: Zeitachse, kann verändert werden 7: Messwertanzeige

3: Textfeld „Bemerkungen“ 8: Ein-/Ausblenden von Grenztastersignalen

4: Umschalten zwischen Zu- und Abluftdrosselung 9: Starten der Schrittkette (Zeiten wählen)

5: Reset Messwerte

Aufgabe 2.2 Doppeltwirkender Zylinder

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Aufgabe 2.2 – Doppeltwirkender Zylinder


-P

Zur Aufnahme der Druckverläufe werden drei Drucksensoren benötigt. Der Versuch sollte unter verschiedenen Betriebsbedingungen durchgeführt werden, z.B. unterschiedliche Einstellungen der Drossel-Rückschlagventile und Lastbedingungen (ziehende Kräfte, drückende Kräfte). Fahren Sie die Versuche einmal, wenn der Kolben den ganzen Hub zur Verfügung hat und einmal, wenn er nur ca. 20 % Hub hat (z.B. Spannvorgang). Verwenden Sie als Anschlag einen Profilstab oder den optionalen Kraftsensor. Vergleichen Sie die Ergebnisse. Verletzungsgefahr Der Schaltnocken des Zylinders fährt gegen den Anschlag! • Menü „Zylindersteuerungen: Doppeltwirkender Zylinder auswählen • Im Untermenü „Zuluftdrosselung“ oder „Abluftdrosselung“ auswählen

1 Drossel-Rückschlagventil: Ausfahrbewegung 2 Drossel-Rückschlagventile: Aus- und Einfahrbewegung

• Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Drossel-Rückschlagventil einstellen • Messung starten • Zylinder ausfahren und wieder einfahren • Messung stoppen • Messung auswerten

Arbeitsplanung

Zusatzaufgabe

Durchführung



-P 49

Versuchsbeschreibung doppeltwirkender Zylinder – Zuluftdrosselung


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

9 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

10 __________________________________________________________________

11 __________________________________________________________________

12 __________________________________________________________________

13 __________________________________________________________________

14 __________________________________________________________________

15 __________________________________________________________________

• Zylinder fährt nach kurzem Anfahrsprung mit geringem Ausfahrdruck p2 aus.

(ca. 1 bar Druck wird benötigt, um von der Haftreibung in die Gleitreibung zu kommen)

• Ausfahrdruck p2 baut sich erst auf, wenn Zylinder die Endlage erreicht • Je nach Drosseleinstellung verzögert bzw. verringert sich die Zeit, bis der volle

Druck p2 erreicht ist • Gegendruck p3 ist sehr gering. Zylinder könnte herausgezogen werden • Beim Einfahren bricht der Systemdruck p1 kurz ein • Der Gegendruck p3 steigt beim Einfahren an • Der Ausfahrdruck p2 fällt schnell ab, und baut sich beim Erreichen der

Grundstellung vollständig ab Hubzylinder Zufuhrzylinder – Zuführen von Teilen, Verschieben, etc.





-P 51

1. Weshalb beginnt der Druckaufbau erst nach Erreichen der Endlage? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wie verhält sich das System bei ziehenden Kräften? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen



-P

Versuchsbeschreibung doppeltwirkender Zylinder – Abluftdrosselung


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

Auswertung



-P 53

9 __________________________________________________________________

10 __________________________________________________________________

11 __________________________________________________________________

12 __________________________________________________________________

13 __________________________________________________________________

14 __________________________________________________________________

15 __________________________________________________________________

• Zylinder fährt nach kurzem Anfahrsprung mit vollem Druck p2 aus • Systemdruck fällt leicht ab (Volumenänderung im Zylinder) • Gegendruck p3 steigt über den Systemdruck (Druckübersetzung durch

unterschiedliche Kolbenflächenverhältnisse – wirkt sich bei unbelasteten Zylindern stärker aus)

• Zylinder ist fest eingespannt und kann nicht herausgezogen werden (starke Beanspruchung der Dichtungen, hohe Reibungskräfte)

• Sobald der Zylinder ausgefahren ist, fällt der Gegendruck wieder ab • Ausfahrdruck p2 und Systemdruck steigen wieder an

(keine Volumenänderung mehr) • Beim Einfahren steigt der Druck p3 nach einem kurzem Anfahrsprung wieder an • Systemdruck bricht kurz ein • Druck p2 fällt bis auf 0 bar ab Spannzylinder Pneumatische Vorschubeinheiten Immer, wenn auch ziehende Kräfte auftreten können





-P

1. Weshalb steigt der Gegendruck p3 über den Systemdruck? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wie wird sich p3 bei ziehenden bzw. drückenden Kräften ändern? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Warum bleibt p1 nicht konstant auf demselben Druck? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen


-P 55

Ein einfachwirkender Zylinder wird mit einem 3/2-Wege-Magnetventil angesteuert. Die Geschwindigkeit soll mit einem Drossel-Rückschlagventil gedrosselt werden (Zuluftdrosselung). Das Rückhub erfolgt mittels Federkraft. Untersuchen des Druck-Kraft-Verhaltens

1: Messbereich, kann verändert werden 5: Messbereich, kann verändert werden

2: Messpunkt Kraft 6: Textfeld „Bemerkungen“

3: Zeitachse, kann verändert werden 7: Reset Messwerte

4: Messpunkt Druck 8: Messwertanzeige

Aufgabe 2.3 Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder (optional)

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Aufgabe 2.3 – Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder (optional)


-P

Der Versuch wird mit verschiedenen Kolbenhüben durchgeführt. So wird das Spannen verschieden großer Werkstücke simuliert. Der Kraftsensor wird als Anschlag verwendet. Verletzungsgefahr Der Schaltnocken des Zylinders fährt gegen den Anschlag! • Menü „Zylindersteuerungen: Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder“

auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Langsame Ausfahrgeschwindigkeit an der Drossel einstellen • Messung starten • Zylinder ausfahren und danach wieder einfahren • Messung stoppen und auswerten Versuchsbeschreibung Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder

Arbeitsplanung

Durchführung

Auswertung



-P 57


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

9 __________________________________________________________________

• Sobald die Druckkraft größer als die Federvorspannkraft ist, fährt der Kolben

langsam aus. Der Druck steigt entsprechend der Federkennlinie der Rückholfeder • Druck p1 fällt beim Ausfahren leicht ab • Druck p2 baut sich auf, sobald Zylinder auf einen Widerstand fährt • Kraft baut sich proportional zum Druck p2 auf • Je nach Drosseleinstellung verzögert bzw. verringert sich die Zeit, bis der volle

Druck p2 bzw. die volle Kraft erreicht ist Überwachen der Kräfte bei Spannvorrichtungen oder Einpressprozessen etc.





-P

1. Begründen Sie den Verlauf der Druckkurve. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Begründen Sie den Verlauf der Kraftkurve. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Ermitteln Sie die Federkraft bei ganz ausgefahrenem Kolben! _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

4. Berechnen Sie die theoretisch maximale Kraft anhand des Druckes und der

Kolbenfläche. Vergleichen Sie diese mit der gemessenen Kraft. Hinweis Berücksichtigen Sie die Federvorspannung.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen



-P 59

5. Welcher Unterschied entsteht bei der Kraftmessung bei kurzem bzw. langem Kolbenhub bis zum Spannwiderstand?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

6. Welchen Einfluss hat die Einstellung des Drossel-Rückschlagventils auf die

maximale Kraft (sogenannter Wirkungsgrad)? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



-P


-P 61

Ein doppeltwirkender Zylinder wird mit einem 5/2- oder 4/2-Wege-Magnetventil angesteuert. Die Geschwindigkeit soll durch Zuluft- und Abluftdrosselung reduziert werden. Zu beachten ist dabei der unterschiedliche Kraftaufbau bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Untersuchen des Druck-Kraftverhaltens von doppeltwirkenden Zylindern unter verschiedenen Betriebsbedingungen (langer/kurzer Spannweg, langer/kurzer Zylinder)

1: Messbereich, kann verändert werden 6: Textfeld „Bemerkungen“

2: Messpunkt Kraft 7: Umschalten zwischen Zu- und Abluftdrosselung


4: Messpunkt Druck 9: Messwertanzeige

5: Messbereich, kann verändert werden

Aufgabe 2.4 Kolbenkraftmessung doppeltwirkender Zylinder (optional)

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Aufgabe 2.4 – Kolbenkraftmessung doppeltwirkender Zylinder (optional)


-P

Der Versuch wird mit verschiedenen Kolbenhüben durchgeführt. Es wird so das Spannen verschieden großer Werkstücke simuliert. Der Kraftsensor wird als Anschlag verwendet. Verletzungsgefahr Der Schaltnocken des Zylinders fährt gegen den Anschlag! • Menü „Zylindersteuerungen: Kolbenkraftmessung doppeltwirkender Zylinder“

auswählen • Im Untermenü „Zuluftdrosselung“ oder „Abluftdrosselung“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Ausfahrgeschwindigkeit am Drossel-Rückschlagventil einstellen • Messung starten • Zylinder aus- und wieder einfahren • Messung stoppen und auswerten

Arbeitsplanung

Durchführung



-P 63

Versuchsbeschreibung Kolbenkraftmessung – Zuluftdrosselung – Spannweg 10 mm


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Zylinder fährt schnell aus (nur 10 mm Weg) • Ausfahrdruck p2 baut sich rasch auf, sobald ein Widerstand erfolgt.

(Aufgrund des hohen Widerstands der Drossel baut er sich nicht bis zum vollen Druck p1 auf.)

• Je nach Drosseleinstellung verzögert bzw. verringert sich die Zeit, bis der volle Druck p2 erreicht ist

• Kolbenkraft baut sich proportional zum Druckanstieg p2 auf • Gegendruck p3 fällt schnell ab • Beim Einfahren bricht der Systemdruck p1 kurz zusammen (Volumenänderung) • Der Gegendruck p3 steigt beim Einfahren an • Der Ausfahrdruck p2 fällt schnell ab Bei kurzen Zylindern mit kleinem Durchmesser Beispiel: an Spannvorrichtungen oder pneumatischen Holzfügevorrichtungen 1. Weshalb erreicht der Spanndruck p2 im Diagramm nicht die Höhe des

Systemdrucks? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wann ist die höchste Spannkraft erreicht? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfragen



-P 65



2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Zylinder fährt aus (50 mm Weg) • Ausfahrdruck p2 baut sich auf, sobald ein Widerstand erfolgt. (Aufgrund des

hohen Widerstands der Drossel baut er sich nicht bis zum vollen Druck p1 auf.) • Zeit gegenüber 10 mm Spannweg wesentlich länger. • Je nach Drosseleinstellung verzögert bzw. verringert sich die Zeit, bis der volle

Druck p2 erreicht ist • Gegendruck p3 fällt schnell ab • Beim Einfahren bricht der Systemdruck p1 kurz zusammen • Der Gegendruck p3 steigt beim Einfahren an • Der Ausfahrdruck p2 fällt schnell ab Spannvorrichtungen mit einfachwirkenden Zylindern. Bei Drehzylindern mit Zahnrad und Zahnstange. 1. Vergleichen Sie das Diagramm 50 mm Spannweg mit dem Diagramm 10 mm

Spannweg. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfrage



-P 67



2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Zylinder fährt aus (90 mm Weg) • Ausfahrdruck p2 baut sich auf, sobald ein Widerstand erfolgt. (Aufgrund des

hohen Widerstands der Drossel baut er sich nicht bis zum vollen Druck p1 auf.) • Zeit gegenüber 10 mm oder 50 mm Spannweg wesentlich länger • Je nach Drosseleinstellung verzögert bzw. verringert sich die Zeit, bis der volle

Druck p2 erreicht ist • Gegendruck p3 fällt schnell ab • Beim Einfahren bricht der Systemdruck p1 kurz ein • Der Gegendruck p3 steigt beim Einfahren an • Der Ausfahrdruck p2 fällt schnell ab Sicherheitseinrichtungen, z.B. Türen (Kraft steigt proportional zum Druck) 1. Weshalb sind möglichst kurze Spannwege anzustreben? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfrage



-P 69

Versuchsbeschreibung Kolbenkraftmessung – Abluftdrosselung – Spannweg 10 mm


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

9 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Zylinder fährt schnell aus (nur 10 mm Weg) • Ausfahrdruck p2 baut sich sofort auf • Sobald Zylinder auf Block fährt, baut sich Gegendruck p3 langsam ab • Kraft baut sich langsam auf (umgekehrt proportional zum Gegendruck p3) • Beim Einfahren bricht der Systemdruck p1 sowie der Gegendruck p3 kurz ein • Der Druck p2 fällt beim Einfahren ab • Druck p3 baut sich nach dem Einfahren sofort auf Spannzylinder z.B. Zangenspannstock Erstellen von Klebeverbindungen – Abfragen der Kraft 1. Wann ist die maximale Spannkraft erreicht? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Welche Gefahr besteht bei ausgefahrenem Spannzylinderkolben? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfragen



-P 71



2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

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8 __________________________________________________________________

9 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Zylinder fährt aus (50 mm Weg) • Ausfahrzeit deutlich kürzer als bei 90 mm Spannweg • Ausfahrdruck p2 baut sich sofort auf • Gegendruck p3 ist größer als Systemdruck (Druckübersetzung) • Sobald Zylinder auf Block fährt, baut sich Gegendruck p3 langsam ab • Kraft baut sich langsam auf (umgekehrt proportional zum Gegendruck p3) • Beim Einfahren bricht der Systemdruck p1 sowie der Gegendruck p3 kurz

zusammen • Der Druck p2 fällt beim Einfahren ab Eindrücken von Stiften z.B. Abfrage: zu hohe Kraft = Bohrung zu klein Ordnen oder Zuführen von Teilen (zerbrechlich – Kraftabfrage) 1. Vergleichen Sie das Diagramm 50 mm Spannweg mit dem Diagramm 10 mm

Spannweg. _____________________________________________________________________

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_____________________________________________________________________



Erkenntnisfrage



-P 73



2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

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6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

9 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Zylinder fährt aus (90 mm Weg) • Durch Volumenänderung bricht p1 kurzfristig ein • Ausfahrdruck p2 baut sich sofort auf • Gegendruck p3 ist größer als Systemdruck (Druckübersetzung) • Sobald Zylinder auf Block fährt, baut sich Gegendruck p3 ab • Beim Einfahren bricht der Systemdruck p1 sowie der Gegendruck p3 kurz ein • Der Druck p2 fällt beim Einfahren ab. Heben von Lasten (mit Gewichtsabfrage) Schachtmagazin mit Auswurf von oben (Füllmengenabfrage) Vertikale Schwenkbrücke Spannwege von 10 mm bis 90 mm 1. Durch welche Maßnahme könnte auf der Kolbenstangenseite Energie eingespart

werden? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfrage


-P 75

Schnellentlüftungsventile bewirken eine schnellere Entlüftung und damit höhere Kolbengeschwindigkeiten, da die Abluft direkt an die Umgebung abgegeben wird und nicht über das Wegeventil entweichen muss. Verhalten eines Schnellentlüftungsventils ermitteln und auswerten

1: Messbereich, kann verändert werden 4: Messergebnisse


3: Textfeld „Bemerkungen“ 6: Messwertanzeige

Hinweis Aufgrund der hohen kinetischen Kräfte startet der Versuch erst, wenn eine Sicherheitseinrichtung (z.B. Schutzgitter) geschlossen ist. (Digital Input 0 = 1)

Aufgabe 2.5 Schnellentlüftungsventil

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Aufgabe 2.5 – Schnellentlüftungsventil


-P

Der Versuch sollte einmal mit und einmal ohne Schnellentlüftungsventil durchgeführt werden, um die markanten Unterschiede darzustellen. • Menü „Zylindersteuerungen: Schnellentlüftungsventil“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Schutztüre schließen • Messung starten • Messung auswerten Versuchsbeschreibung Schnellentlüftungsventil

Arbeitsplanung

Durchführung

Auswertung



-P 77


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

• Systemdruck p1 und Ausfahrdruck p2 brechen beim Ausfahren kurz ein • Gegendruck p3 fällt ab • Vergleich der Ausfahrzeit, der Geschwindigkeit sowie der Umformenergie:

– Ausfahrzeit: geringer mit Schnellentlüftungsventil – Geschwindigkeit: höher mit Schnellentlüftungsventil – Umformenergie: größer mit Schnellentlüftungsventil

Erhöhung von Taktzeiten, z.B. sehr schneller Rückhub. Schlagarbeiten z.B. Prägen, Stempeln, Nieten, Biegen.





-P

1. Welche Auswirkungen hat die Umformenergie auf den Arbeitsprozess? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Warum sind die Ausfahrgeschwindigkeit und die Umformenergie mit dem

Schnellentlüftungsventil höher? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen


-P 79

Ein doppeltwirkender Zylinder wird mit einem 5/2-Wege-Magnetventil angesteuert. Es werden Werkstücke (Gewichtskraft = 200 N) auf ein Förderband geschoben. Hubzeit = 3 s, in der vorderen Endlage ca. 2 s warten. Versuch a) Druck p1 = 6 bar, Abluftdrosselung Versuch b) Druck p1 = 3 bar, Abluftdrosselung Versuch c) Druck p1 = 6 bar, Druckregelventil Zuleitung = 1,5 bar, Druckregelventil Rückleitung = 0,5 bar Beispiel Zylinder: D = 25 mm, Kolbenstange: d = 10 mm, Hub = 100 mm Hubzahl: 20 Hübe pro Minute, 20 Stunden pro Tag, 340 Tage pro Jahr. Kosten für 1 m³ = 0,025 €.

144 2

31

5

Überschlagsrechnung: Mindestdruck um das Teil auszuschieben:

N402,0N200FFmind. =⋅=µ⋅=

µ = Reibungskoeffizient

bar1bar8,0cm5

N40A

Fp

2.dmin ≈===

Achtung Der Druck in Versuch b) kann unter Umständen, wegen der Vorsteuerung des Wegeventils, nicht weiter abgesenkt werden. Vergleichen Sie den Druckluftverbrauch aller drei Versuche miteinander.

Aufgabe 2.6 Zylinderschaltung Luftmenge (Druckluftverbrauch)

Problemstellung und Daten

Anordnung

Planung

Aufgabe 2.6 – Zylinderschaltung Luftmenge


-P

Versuch nach Plan fahren und auswerten

Art a) Abluftdrosselung b) Abluftdrosselung c) Druckregelventile

Schaltplan

4 2

31

5

pp

P1

P2 P3

q

Q1

2

1 3

4 2

31

5

pp

P1

P2 P3

q

Q1

2

1 3

4 2

31

5

pp

P1

P2 P3

q

Q1

2

1 3

Druck p1 6 bar 3 bar 6 bar

Drosseleinstellung

bzw.

Druckregelventil-

einstellung

Drosselöffnung

links

…………. %

rechts

…………. %

Drosselöffnung

links

………….%

rechts

…….……...%

Ausfahr-

druck:

1,5 bar

Einfahr-

druck:

0,5 bar

Zeit ausfahren 3 s 3 s 3 s

einfahren 1,5 s 1,5 s 1,5 s

Druck-

luftver-

brauch

ausfahren

einfahren

Druckluftkosten pro Jahr

Kosten für 2 Drossel-

Rückschlagventile

Kosten für 2 Druck-

regelventile

Amortisationszeit



-P 81

Berechnung der Amortisationszeit:

−

⋅

+=

pK

K200

)p200(n

I

ES

mit: n = Amortisationszeit in Jahren KES = Einsparungen in € pro Jahr KI = Investitionskosten in € p = Zinssatz in Prozent/Jahr (z. B. 6 %)

1: Ablauf starten 3: Luftverbrauch in Liter

2: Anzeigebereich, kann verändert werden 4: Reset Messwerte

Hinweise Alternativ können auch Drossel-Rückschlagventile und Druckregelventile kombiniert werden. Sollten Sie nur ein Druckregelventil zu Verfügung haben, regulieren Sie das Druckniveau des Vorhubs mit der Wartungseinheit. Vorgesteuerte Wegeventile benötigen einen Mindestdruck (z.B. 2,5 bar).

Lageplan



-P

• Menü „Zylindersteuerungen: Zylinderschaltung Luftmenge“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Versuche mit den eingestellten Werten durchführen • Ergebnisse in Tabelle eintragen • Berechnung der Luftmengen in den drei Fällen • Kostenrechnung durchführen und eintragen 1. Warum benötigen vorgesteuerte Ventile einen bestimmten Mindestdruck? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Begründen Sie die Formeln für die Luftmengenberechnung. Überprüfen Sie die Formeln im Tabellenbuch auf ihre Exaktheit der Berechnung.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Wie funktionieren Druckregelventile? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

4. Welche Empfehlung für den Aufbau einer Steuerung würden Sie in ähnlich gelagerten Fällen geben?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Durchführung

Erkenntnisfragen


-P 83

Um eine hohe Maschinenverfügbarkeit bei möglichst geringen Wartungskosten zu haben, werden Maschinen überwacht. Ein mögliches Verfahren ist, den Anlagen-Idealzustand messtechnisch zu erfassen. Später wird der Zustand kontinuierlich aufgenommen und mit dem Idealzustand verglichen. Alternativ erfolgen Messung und Vergleich nach einer festgelegten Betriebszeit. Bei pneumatischen Anlagen werden z.B. die Druckverläufe, die Durchflüsse und die Verbräuche innerhalb eines Zyklus gemessen und grafisch festgehalten. Um im Labor diesen Prozess darstellen zu können, wird eine Testschaltung mit Fehlersimulation (Leckagen) aufgebaut. 0V1: Möglichkeit der Leckage auf der kolbenstangenlosen Seite 0V2: Möglichkeit der Leckage auf der Kolbenstangenseite 0V3: Möglichkeit der Leckage am Kolben (Intern)

1V31V4 1V41V5 11 11

22 22

qq

22

p2 [bar]

1M1 1M2

24

351

1V2

2

1 3

2

1 3

p1 [bar]p1 [bar]

12

12

120V1

0V3

0V2

p2 [bar]

12

12

120V1

0V3

0V2

p3 [bar]p3 [bar]

q [l/min]q [l/min]

1V11V1

2

311M1

1V2 2

311M2

1V3

2

1 21

1V72

1 21

1V6

1A1 1A1

Pneumatischer Schaltplan, links mit 3/2-Wege-Magnetventilen und entsperrbaren Rückschlagventilen, rechts mit 5/3-Wege-Magnetventil,

Mittelstellung gesperrt

Aufgabe 2.7 Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung


Lageplan

Aufgabe 2.7 – Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung


-P

Hinweis Verwenden Sie zum Schaltungsaufbau zwei 3/2-Wege-Magnetventile und zwei entsperrbare Rückschlagventile. Alternativ können Sie ein 5/3-Wege-Magnetventil, Mittelstellung gesperrt, einsetzen (optional, Bestell-Nr. 541132). Versuch 1: Neu-/Idealzustand (0V1, 0V2, 0V3 geschlossen) Versuch 2: Kolbenseite (nur 0V1 ca.10 % geöffnet) Versuch 3: Kolbenstangenseite (nur 0V2 ca.10 % geöffnet) Versuch 4: Kolben (Intern) (nur 0V3 ca. 10 % geöffnet) • Menü „Zylindersteuerungen: Condition-Monitoring“ auswählen • Im pneumatischen Schaltplan Zuluft- oder Abluftdrosselung wählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Ausfahrgeschwindigkeit am Drossel-Rückschlagventil einstellen • Messung starten Kennlinie “A“ als Neu-/Idealzustand • Leckage einstellen – Umschalten auf Kennlinie „B“ • Messung starten Kennlinie „B“ • Messung stoppen und auswerten

1: Start des Zykluses

2: Wechsel zwischen Messung „A“ und „B“

3: Zeiten der Einzelschritte definieren

Planung

Durchführung



-P 85

Versuchsbeschreibung Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

7 __________________________________________________________________

8 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Begründen Sie das Verhalten • Welche Maßnahmen sind einzuführen? Vorbeugende Instandhaltung durch Zustandsüberwachung. 1. Wie wirkt sich ein Leck in der Zuleitung aus? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wie wirkt sich ein Leck in der Ableitung aus? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Wie wirkt sich ein undichter Kolben aus? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________



Erkenntnisfragen


-P 87

Bei oft wechselnden Drücken werden häufig Proportional-Druckregelventile eingesetzt. Dabei ist es wichtig, dass die Soll-Kurve mit der Ist-Kurve annähernd identisch ist. Hier ist die Aussteuerbegrenzung von Bedeutung. Wenn eine Spannung von 5 V gewählt wird und die Aussteuerbegrenzung auf 60 % eingestellt ist, ergibt sich ein angezeigter Soll-Druck von 3 bar. Ermitteln und Auswerten der Druckkurve eines Proportional-Druckregelventils

1: Soll-Wert 4: Soll-Kurve Druck

2: Aussteuerbegrenzung 5: Ist-Kurve Druck

3: Text „Bemerkungen“ Der Spannungsbereich der Druckkurve kann manuell abgefahren werden.

Aufgabe 3.1 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Handeinstellung

Problemstellung

Versuch

Lageplan

Arbeitsplanung

Aufgabe 3.1 – Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Handeinstellung


-P

• Menü „Proportionaltechnik: Handeinstellung“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Messung starten • Soll-Wert mit dem Schieberegler verändern • Messung stoppen und auswerten

0 2INPUT - U (V) analog

31

2OUTPUT - U (V) analog

1GND

GND

+24 V

0 V

0 V

B1 pBUBN

WH

WH BK

1M1

BN

BU

Anschluss Proportional-Druckregelventil

Durchführung



-P 89

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Handeinstellung


2 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Wenn die Spannung langsam gesteigert wird, regelt sich das Proportional-Druckregelventil langsam ein (Soll-Wert = Ist-Wert)

• Hysterese ist erkennbar, sie ist bei dieser Versuchsanordnung auch von der Geschwindigkeit des Versuchs abhängig

• Wenn die Spannung schnell gesteigert und sofort gestoppt wird, ist die Nachregelzeit beim Stoppen länger

1. Weshalb kommt es bei einer Steigerung der Spannung zu einer größeren

Hysterese? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Welche Größen des Proportional-Druckregelventil sind proportional zueinander? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________


Erkenntnisfragen


-P 91

Die Eigenschaften eines Proportional-Druckregelventil werden in den untenstehenden Kenngrößen festgestellt. Mit der Software können die Kenngrößen ermittelt werden.

U

Ausgangs-signal

b) Umkehrspanne

Eingangssignal

H

Ausgangs-signal

c) Hysterese

Eingangssignal

a) Ansprechschwelle

A

Ausgangs-signal

Eingangssignal

100]V[U

]V[A[%]A

Nenn

⋅=

100]V[U

]V[U[%]U

Nenn

⋅=

100]V[U

]V[H[%]H

Nenn

⋅=

UNenn = 10 V

Aufgabe 3.2 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Automatik


Formeln

Aufgabe 3.2 – Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Automatik


-P

1: Messung Start/Stop

2: max. Spannung einstellen

3: Aussteuerbegrenzung einstellen (z.B. 60 %)

p

B

2

1 3

V

Lageplan

Schaltplan



-P 93

Es werden 3 Versuche nacheinander gefahren und jeweils das Diagramm ausgewertet. Hinweis Vor allem bei der Hysterese ist die Größe von der Sollwertänderungsgeschwindigkeit abhängig. Es werden deshalb alle Versuche bei der Stellung 1 am Gleiter gefahren. • Menü „Proportionaltechnik: Automatische Kennlinie“ auswählen • Anlage nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Versuch starten • Ausmessen der Diagramme, in Tabelle eintragen • Berechnen der Werte nach den Formeln und in Tabelle eintragen

Versuch Sollwertänderungs-geschwindigkeit

Max. Spannung [V] Stop bei [V] aus Diagramm

1 Ansprechschwelle …….. V/s 10 5 A = ….. V,

……..%

2 Umkehrspanne …….. V/s 5 kein U = …… V,

………%

3 Hysterese …….. V/s 10 kein H = …… V,

………%

Planung

Durchführung

Auswertung



-P

1. Welche Ursache hat die Ansprechschwelle? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Welche Ursache hat die Umkehrspanne? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Welche Ursache hat die Hysterese? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen



-P 95

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Automatik (langsam)


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Wenn die Spannung gesteigert wird, regelt sich das Proportional-Druckregelventil langsam ein

• Geringe Abweichung vom Ist-Wert zum Soll-Wert beim Steigern der Spannung • Beim Senken der Spannung ist die Abweichung zwischen Ist-Wert zum Soll-Wert

noch geringer 1. Warum beginnt das Proportional-Druckregelventil erst bei ca. 0,2 Volt zu

arbeiten? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________


Erkenntnisfrage



-P 97

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Automatik (schnell)


2 __________________________________________________________________

3 __________________________________________________________________

4 __________________________________________________________________

5 __________________________________________________________________

6 __________________________________________________________________

Auswertung



-P

• Wenn die Spannung schnell gesteigert wird, regelt sich das Proportional-Druckregelventil langsam ein

• Große Abweichung vom Ist-Wert zum Soll-Wert beim Steigern der Spannung • Beim Senken der Spannung ist die Abweichung zwischen Ist-Wert zum Soll-Wert

geringer 1. Warum beginnt das Proportional-Druckregelventil erst bei ca. 0,2 Volt zu

arbeiten? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Weshalb kommt es bei einer schnellen Änderung der Spannung zu einer größeren Hysterese?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________


Erkenntnisfragen


-P 99

Mit einem Proportional-Druckregelventil soll eine pneumatische Presse angesteuert werden. Ein doppeltwirkender Zylinder wird mit einem 5/2-Wege-Magnetventil angesteuert. Es werden Teile mit verschiedenen Druckstufen geprägt. Zylinder: D = 25 mm, d = 10 mm, Hub = 100 mm

1: Soll-Druck 4: Spannungen

2: Ist-Druck 5: Zeit

3: Soll-Druck Stufen

Für einen einfachen Versuch können nur ein Proportional-Druckregelventil und ein Drucksensor verwendet werden.

Aufgabe 3.3 Anwendung Proportional-Druckregelventil – Druckstufen und Sinussignal

Problemstellung Druckstufen

Lageplan

Planung

Aufgabe 3.3 – Anwendung Proportional-Druckregelventil – Druckstufen und Sinussignal


-P

4 2

31

5

p

W

2

1 3

p

B

2

1 3

V

Pneumatischer Schaltplan; links mit Zylinder und Kraftsensor, rechts ohne Zylinder

Versuch: Druckstufen ohne Zylinder Werte für die Sollspannung aus der Kennlinie des Proportional-Druckregelventil lesen:

Solldruck [bar] Sollspannung [V] Zeit [s] Korrigierte

Sollspannung

1 2

3 2

5 2

Hinweis Verwenden Sie die Werte, die Sie in Aufgabe 3.2 ermittelt haben.



-P 101

Versuch: Druckstufen mit Zylinder Zylinder D = 20 mm, A = 314 mm² Formel für die Berechnung des notwendigen Druckes: ……………………. Werte für die Sollspannung aus der Kennlinie des Proportional-Druckregelventil lesen:

Kraft [N] Solldruck [bar] Sollspannung [V] Zeit [s] Korrigierte

Sollspannung

50 2

100 2

150 2

Hinweis Das vorgesteuerte Wegeventil benötigt zum schalten min. 2,5 bar Druck. • Menü „Proportionaltechnik – Druckstufen und Sinussignal“ auswählen • Im Untermenü „Druckstufen“ auswählen • Anlage nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Versuch starten Der Versuch sollte solange durchgeführt werden, bis die Sollwerte und Istwerte übereinstimmen.

Durchführung



-P

1. Welchen Einfluss hat die Hysterese? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Erläutern Sie das Problem des Wirkungsgrades in diesem Fall! _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Analysieren Sie das Diagramm. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen



-P 103

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Druckstufen

1. Welche Bedeutung hat die Kurve 1? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Warum ist die Ist-Kurve abgerundet? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Warum gibt es einen Unterschied zwischen Soll-Wert und Ist-Wert? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Auswertung



-P

Mit einem Proportional-Druckregelventil sollen Druckschläuche getestet werden. Hierbei wird ein sinusförmiges Drucksignal auf den Testschlauch gegeben. Um die Dauerfestigkeit eines Schlauchs zu testen, kann dieser mit einem pulsierenden Druck beaufschlagt werden. Es werden nach dem Proportional-Druckregelventil der Testschlauch und danach der Drucksensor eingebaut. Die entstandene Druckkurve ist auch von der eingestellten Frequenz abhängig.

p

B

2

1 3

V

Pneumatischer Schaltplan

Problemstellung Sinussignal



-P 105

1: Soll-Linie 2: Ist-Linie

3: Spannung für Amplitude und Offset 4: Soll-Wert Druck für Amplitude und Offset

Berechnung der Spannungswerte auf Grund der gewünschten Druckwerte Versuchsdauer: 10 s

Lageplan

Planung



-P

Werte für die Sollspannung aus der Kennlinie des Proportional-Druckregelventil lesen:

Amplitude [bar]

Amplitude [V]

Offset [bar]

Offset [V]

Frequenz Einstellung

Frequenz aus Diagramm [Hz]

Amplituden-Differenz

Phasenverschie-bung [°]

sehr klein

mittel

groß

• Menü „Proportionaltechnik – Druckstufen und Sinussignal“ auswählen • Im Untermenü „Sinussignal“ auswählen • Anlage nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Versuch starten • Nach geplanter Versuchszeit abschalten Bestimmen Sie anhand des Diagramms den aufgebrachten Maximaldruck. Wie groß ist die Phasenverschiebung? Wie große ist die Frequenz?

Durchführung

Auswertung



-P 107

1. Welchen Einfluss hat die Frequenz auf die Amplitude und die Phasenverschiebung?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Wie bestimmt man aus dem Diagramm die Frequenz? _____________________________________________________________________

3. Warum wird zum Prüfen nicht einfach ein konstanter Druck über eine bestimmte Zeit aufgebracht?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen



-P

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Sinussignal

1. Weshalb sind die Ist-Kurven den Soll-Kurven zeitversetzt? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Welche Maßnahmen sind zu treffen, wenn der Solldruck nicht erreicht wird? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Welche Faktoren beeinflussen die Kennlinie? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Auswertung


-P 109

Die Zeitkonstante (T1) einer Regelstrecke 1. Ordnung ist zu ermitteln. Dafür wird ein Druckbehälter (z.B. ein Zylinder) mit Druckluft befüllt. Durch die Verwendung von Drosseln können verschieden große Behälter simuliert werden. Fast geschlossene Drosseln entsprechen einem kleinen Behälter und offene Drosseln einem großen. Alternativ zum Zylinder kann auch ein anderer Druckbehälter verwendet werden. Aufgabe 1: Ermitteln der Zeitkonstanten (T1) für eine 2-Punktregelung mit Wegeventil (Lageplan links) Aufgabe 2: Ermitteln der Zeitkonstanten (T1) für eine stetige Regelung mit Proportional-Druckregelventil (Lageplan rechts). Erklärungen: Zeitkonstante (Tau): T1 = 0,63 (Zeitdauer bis 63 % des Soll-Werts erreicht ist) Strecke 1. Ordnung: Regelstrecke mit einem zeitbestimmten Energiespeicher.

1V4 1

2

2

1 3

120V1

1V1

2

31

1V2

1A1

p

P1

1V3

1V3 2

1

120V1

1A1

p

P1

1V2 1

2

2

1 3

1V1

Pneumatische Schaltpläne

Aufgabe 4.1 Regelungstechnik – Strecke 1. Ordnung


Lageplan

Aufgabe 4.1 – Regelungstechnik – Strecke 1. Ordnung


-P

• Anlage entsprechend dem Schaltplan festlegen. • Drosseln ca. 80 % schließen. • Aufnahme der Kennlinie mit unterschiedlichen Drücken aber gleicher

Drosseleinstellung. • Geräte bereitstellen und Schaltung aufbauen und testen. Aufgabe 1

Versuch 1V1 Drosseln Zeitkonstante T1 [s]

1 2 bar 80 % zu

2 4 bar 80 % zu

3 6 bar 80 % zu

Aufgabe 2


1 ….V 2 bar 80 % zu

2 ….V 4 bar 80 % zu

3 ….V 6 bar 80 % zu

Arbeitsplanung



-P 111

1: Umschalten Schaltventil (2-Punktregelung) und Prop-Druckregelventil (stetige Regelung)

2: Stellgröße EIN/AUS 4: Messen – Start /Stop

3: Eingangsspannung Prop.-Druckregelventil 5: max. Wert (100 %)

6: T1 = 63 %

• Menü „Regelungstechnik: Strecke aufnehmen“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Drosselung auswählen • Versuche gemäß Vorgabe durchführen • Zweite Messreihe mit anderer Drosseleinstellung durchführen

Lageplan

Durchführung



-P

Einzeichnen der Zeitkonstanten T1 in die Diagramme 1. Wovon ist die Zeitkonstante abhängig? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Auswertung

Erkenntnisfrage


-P 113

Das Druckniveau in einem Druckbehälter wird mit einem Zweipunktregler geregelt. Es soll untersucht werden wie sich der Regelkreis bei verschiedenen Soll-Werten und bei verschiedenen Schaltdifferenzen verhält.

StellgrößeSollwert

SchaltdifferenzSignalverstärker Regelstrecke Sensor

ProzessRegler

Istwert

w (0...1)

y (0, 1) x (0...1)sd (0...1)

PT1

Regelfunktion

Der Logik des Reglers liegen folgende Formeln zugrunde (PASCAL Code): If x > = (w+sd/2) then y: = 0; If x < = (w-sd/2) then y: = 1; Wobei x = Istwert, w = Sollwert, sd = Schaltdifferenz y = Stellgröße (Ventil)

1V4 2

1

2

1 3

120V1

1V1

2

31

1V2

1A1

p

P1

1V3

Aufgabe 4.3 Zweipunktregler (unstetiger Regler)


Lageplan

Aufgabe 4.3 – Zweipunktregler (unstetiger Regler)


-P

Aufbau der Schaltung nach Plan.

Einstellung (bar) Beobachtung Begründung

w = 2; sd = 0,3

w = 4; sd = 0,3

w = 6; sd = 0,3

w = 4; sd = 0,05

w = 4; sd = 0,50

Ändern der Anlage

Zeitkonstante T1

w = 4; sd = 0,3

1: Messen Start/Stop 4: Schaltdifferenzvorgabe

2: Regler EIN/AUS 5: Soll-Wertvorgabe

3: Darstellung Stellglied Schaltzustand

Planung



-P 115

• Menü „Regelungstechnik: Zweipunktregler“ auswählen • Pneumatische Steuerung nach Plan aufbauen • EasyPort nach Plan verdrahten • Im Menü „Einstellungen: Einstellung Schnittstelle“ Parameter der Sensoren

prüfen, unter Umständen Faktor und Offset anpassen • Anlagendruck einstellen • Versuche nach Vorgabe durchführen 1. Beschreiben Sie die Arbeitsweise eines Zweipunktreglers. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Welche Probleme können bei zu kleinen Schaltdifferenzen auftreten? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Welche Probleme können bei einer zu kleinen Zeitkonstanten aufreten? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Durchführung

Erkenntnisfragen



-P


-P 117

Das Druckniveau eines Druckbehälters soll mit einem PID-Regler geregelt werden. Es soll untersucht werden, wie sich der Regelkreis bei verschiedenen Soll-Werten und bei verschiedenen Reglereinstellungen verhält.

PIDRegler

w (0...1)y (0...1)

PT1Strecke

kpr = ...T = ...T = ...

n

v

T = ...

x (0...1)

w = Soll-Wert x = Ist-Wert y = Stellgröße e = Regeldifferenz kpr = Proportionalbeiwert der Strecke Tn = Nachstellzeit Tv = Vorhaltezeit T = Zeitkonstante Alternativ kann auch eine Strecke zweiter (siehe PT2) und höherer Ordnung geregelt werden. Bei einer Regelstrecke zweiter Ordnung liegen zwei Energiespeicher zwischen der Stellgröße und der Regelgröße. Empfehlung: Zeitkonstante anfangs auf 10 – 20 s einstellen.

PT1 PT2

1V3 2

1

120V1

1A1

p

P2

1V2 1

2

2

1 3

1V1

1V4 2

1

1A1

1V2 1

2

2

1 3

1V1

1V5 2

1

120V1

p

P2

1V3 1

2

1A2

Aufgabe 4.5 PID-Regler (stetiger Regler)


Planung

Aufgabe 4.5 – PID-Regler (stetiger Regler)


-P

1V1 Proportional-Druckregelventil 1V2 ... 1V5 Drossel-Rückschlagventile zum Einstellen der Zeitkonstante. Statt dieser 2 Ventile kann auch ein Drosselventil verwendet werden. 0V1 Einstellen der Störgröße (Druckluftverbrauch) Legen Sie fest, welche Versuchsreihen Sie fahren wollen (Einstellung von Sollwert, kpr, Tn, Tv).

0 2INPUT - U (V) analog

31

2OUTPUT - U (V) analog

1GND

GND

+24 V

0 V

0 V

B1 pBUBN

WH

WH BK

1M1

BN

BU

Beschaltungsplan

Anzeige der Abtastzeit TA

Einstellen des PI-Reglers: Es sollte in möglichst kurzer Zeit mit wenig Überschwingen eingeregelt werden. Die Abtastzeit kann an der Software abgelesen werden.

Durchführung



-P 119

Einstellungen: Sollwert w = 2 – 4 bar (0,2 – 0,4 MPa), Abtastzeit TA = ……. s

Einstellung Beobachtung Kommentar

kpr = …….. Tn = ……

Tv = 0

kpr = …….. Tn = ……

Tv = 0

kpr = …….. Tn = ……

Tv = 0

kpr = …….. Tn = ……

Tv = 0

kpr = …….. Tn = ……

Tv = 0

1: Messung Start/Stop 5: Istwert x

2: Stellgrößenanteile y [V] 6: Sollwert w

3: Regler EIN/AUS 7: Anwahl des Reglers

4: Stellgröße y



-P

1. Beschreiben Sie die Arbeitsweise eines PI-Reglers mit einer PT1-Strecke _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Welche Wirkung hat der P-Anteil und welche der I-Anteil? _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Beschreiben Sie eine strukturierte Vorgehensweise beim Einstellen eines PI-Reglers.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Erkenntnisfragen


-P 121

1. Bestimmen Sie Faktor und Offset für einen Drucksensor: Druckbereich: 0 – 10 bar, Ausgangspannung 0 – 10 V. Faktor = 1, Offset = 0

2. Ein Drucksensor zeigt immer 0,2 bar über dem tatsächlichen Druck an. Welche

Änderung der Einstellungen (Faktor, Offset) nehmen Sie vor? Offset um 0,2 verkleinern

3. Welche Aufgabe hat der EasyPort?

Die analogen Spannungen der Sensoren in digitale Werte umzuwandeln. Der Baustein heißt ADC (Analog-Digital-Converter).

4. Nennen Sie Fälle, bei denen die Druckaufnahme wichtig ist:

Um Drücke aufzeichnen zu können, z.B. den Schließdruck einer Spritzgussmaschine.

Lösung 1.1 Druckaufnahme

Erkenntnisfragen

122 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Fluid Lab®

-P

Fügen Sie hier die Ergebnisse Ihrer Messungen ein.

Lösung 1.2 Messdatenerfassung p, q, F


-P 123

Versuchsbeschreibung Drosselkennlinie

1 Druck p2 2 Systemdruck p1 3 geringe Gegenlast 4 mittlere Gegenlast 5 hohe Gegenlast 6 geöffnete Drosseleinstellung der zu überprüfenden Drossel 7 mittlere Drosseleinstellung der zu überprüfenden Drossel 8 leicht geöffnete Drosseleinstellung der zu überprüfenden Drossel

Lösung 1.3 Drosselkennlinie

Auswertung

Lösung 1.3 – Drosselkennlinie


-P

1. Welche Hauptwirkung hat eine Drossel? Die Drossel verbraucht Energie, dies führt zur Druckdifferenz und zum verminderten Volumenstrom.

2. Wie verhält sich der Kolben eines Zylinders bei steigender Gegenkraft?

Die Kolbengeschwindigkeit vermindert sich.

3. Warum fällt der Druck p1 bei steigendem Volumenstrom?

Strömende Medien haben immer einen geringeren Druck als ruhende Medien (Gesetz v. Bernoulli).

4. Tragen Sie jeweils die vermutete Kurve bei

a) ganz geschlossener und b) ganz offener Drossel ein und begründen Sie Ihre Entscheidung a) senkrechte Linie (wie ein geschlossenes Ventil), b) sehr flache Linie, jedes Bauelement hat einen geringen Widerstand.

5. Berechnen Sie ungefähr die Verlustleistung an der Drossel bei q = 25 l/min und

p1 – p2 = 1,5 bar

W62.ca)p-p(qP 21 =⋅= 6. Welche Aufgabe übernimmt das Drosselventil im Luftstrom?

Der Volumenstrom wird langsamer, es entsteht ein langsamerer Druckaufbau.

Erkenntnisfragen


-P 125

Versuchsbeschreibung Druckregelventil

1 Druckeinstellung Druckregelventil 2 2 Systemdruck p1 3 Druckregelventil geöffnet 4 mittlere Druckeinstellung 5 Druck steigt 6 Druckregelventil geschlossen

Lösung 1.4 Druckregelventil

Auswertung

Lösung 1.4 – Druckregelventil


-P

1. Wann öffnet das Druckregelventil generell? Wenn die eingestellte Federkraft (die Vorspannkraft der Feder) überwunden ist.

2. Wie verhält sich der Druck bei gebrochener Feder?

Die Höhe des Drucks ist kleiner.

Erkenntnisfragen


-P 127

Versuchsbeschreibung Zweidruckventil (UND)

1 S1 betätigt 2 S2 betätigt 3 S1 und S2 betätigt, Signal 1 von Q1 4 Schwellwert 3 bar 1. Erklären Sie den Begriff Schwellwert.

Ein Signal (binäres Signal) kann nur zwei Werte aufnehmen, Zwischenwerte gibt es nicht. Der Schwellwert ist also der Wert an welchem das Umschalten von 0 auf 1 erfolgt (Schaltverhalten im Musterdiagramm: 3 bar).

2. Weshalb liegt beim Zweidruckventil der niedrigere Druck am Ausgang an?

Gleiches Flächenverhältnis und unterschiedliche Leitungslängen.

Lösung 1.5 Logische Verknüpfungen – Zweidruck- und Wechselventile

Auswertung

Erkenntnisfragen

Lösung 1.5 – Logische Verknüpfungen – Zweidruck- und Wechselventile


-P

Versuchsbeschreibung Wechselventil (ODER)

1 S1 betätigt, Signal 1 von Q1 2 S2 betätigt, Signal 1 von Q1 3 S1 und S2 betätigt, Signal 1 von Q1 4 Schwellwert 3 bar 1. Weshalb kann mit jedem von beiden Eingangssignalen ein Ausgangssignal

gegeben werden? Die Konstruktion des Gerätes muss der Funktionstabelle bzw. der Aussage des ODER entsprechen.

2. Liegt am Ausgang des Wechselventils der höhere oder der niedrigere Druck an?

Begründen Sie Ihre Antwort. Am Ausgang des Wechselventils liegt der höhere Druck an. Durch die Flächenverhältnisse des Absperrkolbens wird der Anschluss mit dem niedrigeren Druck abgesperrt.

Auswertung

Erkenntnisfragen


-P 129

Versuchsbeschreibung Ventilschaltzeiten

1 1M1 schaltet aus 2 1M1 schaltet ein 3 Zeitverzögerung bis Druck p1 ansteigt 4 Zeitverzögerung bis Druck p1 abfällt

Lösung 1.6 Ventilschaltzeiten

Auswertung

Lösung 1.6 – Ventilschaltzeiten


-P

1. Welche Elemente des Ventils beeinflussen die Ventilschaltzeiten? Innere Reibung, Federkräfte, Druck und Spannungshöhe.

2. Wodurch entstehen Zeitverzögerungen, die im Diagramm aufgezeichnet werden?

Leitungsquerschnitt und Leitungslänge wirken als Drosseln.

3. Wie lässt sich der Unterschied bei der Anzugsverzögerung und Abfallverzögerung

erklären? Der Anzug erfolgt elektrisch. Der Abfall mit Federkraft. Zudem ist die Hysterese des Magnets von Bedeutung.

4. Verlängern Sie die Leitung zwischen Ventil und Drucksensor auf ca. 2 m und

wiederholen Sie den Versuch. Begründen Sie das Verhalten des Druckaufbaus. Durch die Belüftungszeiten und Entlüftungszeiten des Schlauches werden die Zeiten für den Druckaufbau und den Druckabbau verlängert.

Erkenntnisfragen


-P 131

Versuchsbeschreibung einfachwirkender Zylinder

1 Spule 1M1 angezogen 2 Zylinder fährt aus 3 Zylinder ausgefahren 4 Druck p1 5 Spule 1M1 fällt ab 6 Zylinder fährt ein 7 Zylinder eingefahren 8 Grundstellung 9 Ausfahrdruck p2 fällt ab 10 Druck p2 ist aufgebaut 11 Druckaufbau bei ausgefahrenem Zylinder 12 Ausfahrdruck p2 13 Anfahrsprung

Lösung 2.1 Einfachwirkender Zylinder

Auswertung

Lösung 2.1 – Einfachwirkender Zylinder


-P

1. Wodurch entsteht der „Anfahrsprung“ (siehe Druckkurve)? Haftreibung geht in Gleitreibung über.

2. Weshalb wird der volle Spanndruck erst nach längerer Zeit erreicht?

Die langsam einströmende Luft wird im Zylinder komprimiert (großes Zylindervolumen bei ausgefahrenem Zylinder).

3. Warum steigt der Druck während des Ausfahrens?

Weil die Federkraft entsprechend dem Hub zunimmt.

Erkenntnisfragen


-P 133

Versuchsbeschreibung doppeltwirkender Zylinder – Zuluftdrosselung

1 Spule 1M1 angezogen 2 Zylinder fährt aus 3 Zylinder ausgefahren 4 Systemdruck p1 5 Spule 1M1 fällt ab 6 Zylinder fährt ein 7 Zylinder eingefahren 8 Systemdruck bricht beim Einfahren zusammen 9 Grundstellung 10 Ausfahrdruck p2 fällt ab 11 Gegendruck p3 wird beim Einfahren aufgebaut 12 Druck p2 ist aufgebaut 13 Druckaufbau bei ausgefahrenem Zylinder 14 Ausfahrdruck p2 15 Gegendruck p3 fällt ab

Lösung 2.2 Doppeltwirkender Zylinder

Auswertung

Lösung 2.2 – Doppeltwirkender Zylinder


-P

1. Weshalb beginnt der Druckaufbau erst nach Erreichen der Endlage? Zylinder fährt ohne Gegendruck aus. Der Druck baut sich erst auf, sobald dem Zylinder ein Widerstand entgegengesetzt wird, bzw. wenn der Zylinder auf Block fährt.

2. Wie verhält sich das System bei ziehenden Kräften?

Der Zylinder kann durch die Gewichtskraft am Kolben herausgezogen werden.

Erkenntnisfragen



-P 135

Versuchsbeschreibung doppeltwirkender Zylinder – Abluftdrosselung

1 Systemdruck p1 2 Spule 1M1 angezogen 3 Zylinder fährt aus 4 Gegendruck p3 über Systemdruck 5 Zylinder ausgefahren 6 Spule 1M1 fällt ab 7 Zylinder fährt ein 8 Zylinder eingefahren 9 Grundstellung 10 Druck p2 fällt ab 11 Systemdruck bricht beim Einfahren zusammen 12 Gegendruck p3 wird beim Einfahren aufgebaut 13 Gegendruck p3 baut sich ab 14 Ausfahrdruck p2 15 Anfahrsprung und Übergang zur Gleitreibung

Auswertung



-P

1. Weshalb steigt der Gegendruck p3 über den Systemdruck? Wegen der Druckübersetzung im Zylinder. Die Kolbenfläche ist größer als die Kolbenringfläche.

2. Wie wird sich p3 bei ziehenden bzw. drückenden Kräften ändern?

Bei ziehenden Kräften steigt der Gegendruck an, bei drückenden Kräften nimmt er ab.

3. Warum bleibt p1 nicht konstant auf demselben Druck?

Der Druck p1 fällt kurz ab, wenn der Zylinder aus bzw. einfährt (Volumenänderung im Zylinder).

Erkenntnisfragen


-P 137

Versuchsbeschreibung Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder

1 Kraftaufbau bei ausgefahrenem Zylinder 2 Kraft aufgebaut 3 Zylinder fährt ein 4 Zylinder fährt ein 5 Druck p2 ist aufgebaut 6 Druckaufbau bei ausgefahrenem Zylinder 7 Druck p1 8 Zylinder ausgefahren 9 Zylinder fährt aus

Lösung 2.3 Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder (optional)

Auswertung

Lösung 2.3 – Kolbenkraftmessung einfachwirkender Zylinder (optional)


-P

1. Begründen Sie den Verlauf der Druckkurve. Druckanstieg bis Federvorspannkraft – Druckspitze beim Kolbenstart – Druckanstieg entsprechend Federkennlinie – Druckanstieg bei Widerstand am Kolben – maximaler Druck – Druckabfall beim Ventilumschalten – Einfahren wenn Druck auf Ausfahrniveau

2. Begründen Sie den Verlauf der Kraftkurve.

Kraft tritt auf, wenn sich der Kolben in vorderer Endlage bzw. Spannposition befindet. Der Anstieg entspricht dem Druckanstieg.

3. Ermitteln Sie die Federkraft bei ganz ausgefahrenem Kolben!

FFeder = Ftheor. – FKraftsensor

4. Berechnen Sie die theoretisch maximale Kraft anhand des Druckes und der

Kolbenfläche. Vergleichen Sie diese mit der gemessenen Kraft. Hinweis: Berücksichtigen Sie die Federvorspannung. Für die Kraft ist die Druckdifferenz zwischen dem Druck zum Ausfahrbeginn und dem maximale Druck zu berücksichtigen –zusätzlich ist der Zylinderwirkungsgrad zu beachten. Hierzu eventuell Versuch mit verschiedenen Ausfahrgeschwindigkeiten wiederholen.

5. Welcher Unterschied entsteht bei der Kraftmessung bei kurzem bzw. langem

Kolbenhub bis zum Spannwiderstand? Die Zeit bis zur vollen Spannkraft ist unterschiedlich.

6. Welchen Einfluss hat die Einstellung des Drossel-Rückschlagventils auf die

maximale Kraft (sogenannter Wirkungsgrad)? Bei sehr langsamer Kolbengeschwindigkeit wird der errechnete maximale Wert nicht erreicht (Reibung), bei großen Geschwindigkeiten wird die bewegte Masse stärker, die Kraft wird größer.

Erkenntnisfragen


-P 139

Zuluftdrosselung – Spannweg 10 mm

1 Kraft baut sich auf 2 Höchstkraft erreicht 3 Kraft fällt ab 4 Druck bricht beim Einfahren kurz zusammen 5 Druck p2 ist aufgebaut 6 Druckanstieg 7 Zylinder ausgefahren 8 Gegendruck p3 fällt ab 1. Weshalb erreicht der Spanndruck p2 im Diagramm nicht die Höhe des

Systemdrucks? Das passiert dann, wenn der Widerstand der Drossel zu groß eingestellt ist.

2. Wann ist die höchste Spannkraft erreicht?

Sobald der maximale Ausfahrdruck erreicht ist.

Lösung 2.4 Kolbenkraftmessung doppeltwirkender Zylinder (optional)

Auswertung

Erkenntnisfragen

Lösung 2.4 – Kolbenkraftmessung doppeltwirkender Zylinder (optional)


-P


1 Kraft baut sich auf 2 Höchstkraft erreicht 3 Kraft fällt ab 4 Druck bricht beim Einfahren kurz zusammen 5 Druck p2 ist aufgebaut 6 Druckanstieg 7 Zylinder ausgefahren 8 Gegendruck p3 fällt ab 1. Vergleichen Sie das Diagramm 50 mm Spannweg mit dem Diagramm 10 mm

Spannweg. Die Zeit t, bis der Spanndruck p2 aufgebaut ist, dauert länger, da das Volumen im Zylinder bei einem Spannweg von 50 mm größer ist. Somit dauert es länger bis zum Druckaufbau von p2.

Auswertung

Erkenntnisfrage



-P 141


1 Kraft baut sich auf 2 Höchstdruck erreicht 3 Kraft fällt ab 4 Druck bricht beim Einfahren kurz zusammen 5 Druck p2 ist aufgebaut 6 Druckanstieg 7 Zylinder ausgefahren 8 Gegendruck p3 fällt ab 1. Weshalb sind möglichst kurze Spannwege anzustreben?

Spannkraft baut sich schneller auf – kürzere Umspannzeiten – geringere Energiekosten

Auswertung

Erkenntnisfrage



-P

Abluftdrosselung – Spannweg 10 mm

1 Kraft baut sich langsam auf 2 Höchstkraft erreicht 3 Kraft fällt ab 4 Druck p2 fällt ab 5 Druck bricht beim Einfahren kurz zusammen 6 Gegendruck p3 baut sich beim Einfahren auf 7 Druck p3 fällt langsam ab 8 Zylinder ausgefahren 9 Druck p2 ist sofort aufgebaut 1. Wann ist die maximale Spannkraft erreicht?

Wenn der Zylinderkolben vorne und der Gegendruck ganz abgebaut ist.

2. Welche Gefahr besteht bei ausgefahrenem Spannzylinderkolben?

Dass die höchste Spannkraft noch nicht erreicht ist.

Auswertung

Erkenntnisfragen



-P 143


1 Kraft baut sich langsam auf 2 Höchstkraft erreicht 3 Kraft fällt ab 4 Druck p2 fällt ab 5 Druck bricht beim Einfahren kurz zusammen 6 Druck p3 fällt langsam ab 7 Zylinder ausgefahren 8 Gegendruck p3 höher als Systemdruck 9 Druck p2 ist sofort aufgebaut 1. Vergleichen Sie das Diagramm 50 mm Spannweg mit dem Diagramm 10 mm

Spannweg. Die Kraft kann sich erst aufbauen, sobald der Gegendruck p3 abgebaut ist. Die Zeit t, bis der Spanndruck aufgebaut ist, dauert länger, da das Volumen im Zylinder bei 10 mm Spannweg wesentlich größer ist als bei 50 mm Spannweg. Deshalb ist bis zum völligen Druckabbau p3 eine längere Zeit nötig.

Auswertung

Erkenntnisfrage



-P


1 Kraft baut sich auf 2 Höchstkraft erreicht 3 Kraft fällt ab 4 Druck p2 fällt ab 5 Druck bricht beim Einfahren kurz zusammen 6 Druck p3 fällt ab 7 Zylinder ausgefahren 8 Gegendruck p3 höher als Systemdruck 9 Druck p2 ist sofort aufgebaut 1. Durch welche Maßnahme könnte kolbenstangenseitig Energie eingespart

werden? Durch Einbau eines Energiesparventils (Druckregelventils).

Auswertung

Erkenntnisfrage


-P 145

Versuchsbeschreibung Schnellentlüftungsventil

1 Zylinder fährt aus 2 Druckabfall p1/p2 beim Ausfahren 3 Zylinder fährt ein 4 Druckabfall p3 beim Einfahren 5 Gegendruck p3 fällt ab 6 Messergebnisse 1. Welche Auswirkungen hat eine Umformenergie auf den Arbeitsprozess?

Beim Biegen erreicht man ein besseres Ausformen. Beim Stempeln erreicht man einen besseren Einschlag.

2. Warum ist die Ausfahrgeschwindigkeit und Umformenergie mit dem

Schnellentlüftungsventil höher? Das Zylindervolumen der Kolbenstangenseite wird ohne Leitungs- und Gerätewiderstände auf dem kürzesten Weg entlüftet.

Lösung 2.5 Schnellentlüftungsventil

Auswertung

Erkenntnisfragen


-P

Art Abluftdrosselung Abluftdrosselung Druckregelventile

Schaltplan

4 2

31

5

pp

P1

P2 P3

q

Q1

2

1 3

4 2

31

5

pp

P1

P2 P3

q

Q1

2

1 3

4 2

31

5

pp

P1

P2 P3

q

Q1

2

1 3

Druck p1 6 bar 3 bar 6 bar

Drosseleinstellung,

bzw.

Druckregelventil-

einstellung

Drosselöffnung

links

…………. %

rechts

…………. %

Drosselöffnung

links

………….%

rechts

…….……...%

Ausfahr-

druck

1,5 bar

Einfahr-

druck:

0,5 bar

Zeit s ausfahren 3 3 3

einfahren 1,5 1,5 1,5

Luftver-

brauch

ausfahren

einfahren

Gesamt

0,79 l

0,66 l

1,45 l

0,34 l

0,29 l

0,63 l

0,25 l

0,12 l

0,37 l

Kosten der Druckluft pro Jahr 148 € 64 € 38 €

Kosten 2 Drossel-

Rückschlagventile

ca. 50 € ca. 50 €

Kosten 2 Druckregelventile ca. 70 €

Amortisationszeit – ca. 228 Tage ca. 244 Tage

Lösung 2.6 Zylinderschaltung Luftmenge (Druckluftverbrauch)

Lösung 2.6 – Zylinderschaltung Luftmenge (Druckluftverbrauch)


-P 147

1. Warum benötigen vorgesteuerte Ventile einen bestimmten Mindestdruck? Ein kleines Vorsteuerventil (geringer Querschnitt, geringe elektrische Leistungsaufnahme) schaltet mit Hilfe der Druckluft (ca. 2 bar) die Hauptstufe des Ventils. Um ein sicheres Schalten zu gewährleisten, muss der Steuerdruck mindestens so hoch sein, dass Reibungskräfte des Ventilkolbens, die Kraft der Rückstellung (mechanische Feder, Luftfeder) und die Kräfte des anstehenden Betriebsdrucks auf den Ventilkolben überwunden werden können.

2. Begründen Sie die Formeln für die Luftmengenberechnung. Überprüfen Sie die

Formeln im Tabellenbuch auf ihre Exaktheit der Berechnung. Es handelt sich um Volumenrechnung mit Absolutdruck Im Tabellenbuch wird nur eine überschlägige Formel angegeben.

3. Wie funktionieren Druckregelventile?

Unabhängig vom Eingangsdruck herrscht immer der eingestellte Ausgangsdruck. Druckregelventile steuern den Kolben mit der Sekundärluft an.

4. Welche Empfehlung für den Aufbau einer Steuerung würden Sie in ähnlich

gelagerten Fällen geben? 1. Berechnen des notwendigen Druck zum Aus- und Einfahren des Kolbens. 2. Bei häufigen Kolbenbewegungen lohnt sich das Druckregelventil. 3. Wenn weniger als ca. 4 bar notwendig sind, lohnt sich ein Druckregelventil. Der zusätzliche Einbau einer Drossel ermöglicht ein sicheres Bewegen des Kolbens, es muss aber der Druckverlust in Kauf genommen werden.

Erkenntnisfragen


-P

Versuchsbeschreibung Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung

1 Beginn des Ausfahrens des Kolben 2 Ventil in Sperr-Mittelstellung 3 Neuzustand: Kolben etwas undicht, deshalb sinkt p2 4 Zustand Druck p2 nach der Betriebszeit, Undichtheit hat zugenommen 5 Kolben fährt ein 6 Kolben eingefahren, Sperrmittelstellung 7 Luftverbrauch Liter/min 8 Luftverbrauch in Liter

Lösung 2.7 Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung

Auswertung

Lösung 2.7 – Condition-Monitoring/Zustandsüberwachung


-P 149

1. Wie wirkt sich ein Leck in der Zuleitung aus? Luftverbrauch steigt während des Ausfahrens, Druck in Zuleitung sinkt während Wegeventil in Mittelstellung.

2. Wie wirkt sich ein Leck in der Ableitung aus?

Luftverbrauch steigt während des Einfahrens, Druck in Ableitung sinkt während Wegeventil in Mittelstellung.

3. Wie wirkt sich ein undichter Kolben aus?

Luft strömt von Zuleitung in Richtung Ableitung, p2 sinkt, p3 steigt.

Erkenntnisfragen


-P

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Handeinstellung

1 Soll-Wert Linie 2 Ist-Wert Linie 1. Weshalb kommt es bei einer Steigerung der Spannung zu einer größeren

Hysterese? Trägheit der Masse im System.

2. Welche Größen des Proportional-Druckregelventil sind proportional zueinander?

Der Druck am Ventilausgang ist proportional zur elektrischen Spannung des Eingangssignals.

Lösung 3.1 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Handeinstellung

Auswertung

Erkenntnisfragen


-P 151

Versuch Sollwertänderungs-

geschwindigkeit

Max. Spannung [V] Stop bei [V] aus Diagramm

1 Ansprechschwelle 1 V/s 10 5 A = 0,3 V

3 %

2 Umkehrspanne 1 V/s 5 kein U = 0,4 V

4 %

3 Hysterese 1 V/s 10 kein H = 0,3 V

3 %

1. Welche Ursache hat die Ansprechschwelle?

Der Ventilkolben geht in Ruhestellung, zum Bewegen muss die ruhende Reibung überwunden werden.

2. Welche Ursache hat die Umkehrspanne?

Der Ventilkolben kommt in Ruhestellung, danach wird der Magnet mit anderer Spannung beaufschlagt. Die Reibung des ruhenden Ventilkolbens muss überwunden werden.

3. Welche Ursache hat die Hysterese?

Die Hysterese im vorhandenen System ist von der Änderungsgeschwindigkeit des Soll-Wert-Signals abhängig. Der PC hat eine bestimmte Abtastzeit (ca. 20 ms) so dass eine Differenz auftritt. Bei der Spannungszunahme erfolgt eine Zunahme der Magnetkraft, bei der Abnahme eine Entmagnetisierung.

Lösung 3.2 Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Automatik

Auswertung

Erkenntnisfragen

Lösung 3.2 – Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Automatik


-P

Proportionaltechnik – Automatik (langsam)

1 Ist-Werte – fallende Kurve 2 Ist-Werte – steigende Kurve 3 Soll-Werte 4 Ansprechschwelle 1. Warum beginnt das Proportional-Druckregelventil erst bei ca. 0,2 Volt zu

arbeiten? Weil das Ventil eine Überdeckung bzw. eine Federvorspannung hat.

Auswertung

Erkenntnisfrage

Lösung 3.2 – Kenngrößen Proportional-Druckregelventil – Automatik


-P 153

Proportionaltechnik – Automatik (schnell)

1 Ist-Werte – fallende Kurve 2 Ist-Werte – steigende Kurve 3 Soll-Werte 4 Ansprechschwelle 5 Einstellen der Geschwindigkeit der Soll-Wert Änderung 6 Einstellen der Aussteuerbegrenzung 1. Warum beginnt das Proportional-Druckregelventil erst bei ca. 0,2 Volt zu

arbeiten? Weil das Ventil eine Überdeckung bzw. eine Federvorspannung hat.

2. Weshalb kommt es bei einer schnellen Änderung der Spannung zu einer

größeren Hysterese? Trägheit der Massen im System. Nachregelzeit dauert bei einer schnellen Spannungsänderung länger.

Auswertung

Erkenntnisfragen


-P

Anwendung Druckstufen Versuch: Druckstufen ohne Zylinder Werte für die Sollspannung aus der Kennlinie des Proportional-Druckregelventils lesen:

Solldruck [bar] Sollspannung [V] Zeit [s] Korrigierte Sollspannung

1 1,66 2 1,9

3 5 2 5,2

5 8,3 2 8,6

Versuch: Druckstufen mit Zylinder Werte für die Sollspannung aus der Kennlinie des Proportional-Druckregelventils lesen:

Kraft [N] Solldruck [bar] Sollspannung [V] Zeit [s] Korrigierte

Sollspannung

50 1,5 2,5 2

100 3 5 2

150 4,5 7,5 2

1. Welchen Einfluss hat die Hysterese?

Bei der Druckzunahme ist ein größerer Soll-Wert (Spannung) notwendig als bei abnehmendem Druck.

2. Erläutern Sie das Problem des Wirkungsgrades in diesem Fall!

Je größer die Hysterese desto schlechter der Wirkungsgrad.

3. Analysieren Sie das Diagramm.

Je nach Einstellung des Proportional-Druckregelventil liegt der Ist-Wert (2) unter oder über der Soll-Linie (1). Im Bild könnte die Aussteuerbegrenzung höher gelegt werden oder es müsste ein größerer Soll-Wert vorgegeben werden, damit der Ist-Wert in Ordnung ist.

Lösung 3.3 Anwendung Proportional-Druckregelventil – Druckstufen und Sinussignal

Erkenntnisfragen

Lösung 3.3 – Anwendung Proportional-Druckregelventil – Druckstufen und Sinussignal


-P 155

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Druckstufen

1. Welche Bedeutung hat die Kurve 1?

Soll-Druck als Druckstufen.

2. Warum ist die Ist-Kurve abgerundet?

Schaltträgheit, Luftvolumen muss gefüllt werden

3. Warum gibt es einen Unterschied zwischen Soll-Wert und Ist-Wert?

Hysterese des Ventils, Einstellungsgenauigkeit der Verstärkerkarte

Auswertung

Erkenntnisfragen



-P

Anwendung Sinussignal

Amplitude [bar]

Amplitude [V]

Offset [bar]

Offset [V]

Frequenz Einstellung

Frequenz aus Diagramm [Hz]

Amplituden-Differenz

Phasenverschie-bung [°]

2 3,32 3 5 Sehr klein 0,1 0,2 20

mittel 1 0,5 60

groß 5 1 90

1. Welchen Einfluss hat die Frequenz auf die Amplitude und die

Phasenverschiebung? Je größer die Frequenz, desto größer die Amplitudendifferenz und die Phasenverschiebung.

2. Wie bestimmt man aus dem Diagramm die Frequenz?

Durch Messen der Zeit für eine Schwingung (360°).

3. Warum wird zum Prüfen nicht einfach ein konstanter Druck über eine bestimmte

Zeit aufgebracht? Beim Prüfen soll die Belastung des wirklichen Einsatzes nachgebildet werden. Dieser Einsatz ist in der Regel auch nicht statisch.

Erkenntnisfragen



-P 157

Versuchsbeschreibung Proportionaltechnik – Sinussignal

1. Weshalb sind die Ist-Kurven den Soll-Kurven zeitversetzt?

Nachregelzeit des Proportional-Druckregelventils aufgrund der Trägheit im System.

2. Welche Maßnahmen sind zu treffen, wenn der Solldruck nicht erreicht wird?

Anpassung der Eingangsspannung.

3. Welche Faktoren beeinflussen die Kennlinie?

Hysterese des Ventils, Luft in den Leitungen, Trägheit des Ventils

Auswertung

Erkenntnisfragen


-P

Aufgabe 1


1 2 bar 80 % zu 10

2 4 bar 80 % zu 10

3 6 bar 80 % zu 10

Aufgabe 2


1 3,3 V 2 bar 80 % zu 10

2 6,6 V 4 bar 80 % zu 10

3 9,9 V 6 bar 80 % zu 10

1. Wovon ist die Zeitkonstante abhängig?

Von der Größe des Behälters bzw. von der Drosseleinstellung.

Lösung 4.1 Regelungstechnik – Strecke 1. Ordnung

Erkenntnisfrage


-P 159

Einstellung (bar) Beobachtung Begründung

w = 2; sd = 0,3 Druck steigt schnell, sinkt langsam niederes Druckniveau

w = 4; sd = 0,3 Druck steigt mittel, sinkt mittel mittleres Druckniveau

w = 6; sd = 0,3 Druck steigt langsam, sinkt schnell hohes Druckniveau

w = 4; sd = 0,05 Hohe Schalthäufigkeit, kleine

Druckdifferenz

---

w = 4; sd = 0,51 Niedere Schalthäufigkeit, hohe

Druckdifferenz

---

Ändern der Anlage

Kleine Zeitkonstante

w = 4; sd = 0,3 Schnelleres Reagieren der Strecke Je > T, desto träger ist das

System

1. Beschreiben Sie die Arbeitsweise einens 2-Punktreglers.

Der 2-Punktregler ist ein schaltender Regler. Einschalten wenn Ist-Wert < (Soll-Wert – Schaltdifferenz/2) Ausschalten wenn Ist-Wert > (Soll-Wert+ Schaltdifferenz/2)

2. Welche Probleme können bei zu kleiner Schaltdifferenz auftreten?

Es entsteht eine hohe Schalthäufigkeit, und damit eine hohe Belastung der Schaltelementen und vorzeitiger Verschleiß.

3. Welche Probleme können bei einer zu kleinen Zeitkonstanten aufreten?

Es ensteht eine hohe Schalthäufigkeit und das System kann schwingen.

Lösung 4.3 2-Punktregler (unstetiger Regler)

Erkenntnisfragen


-P

Einstellungen: Sollwert w = 2 – 4 bar (0,2 – 0,4 MPa), Abtastzeit TA = 0,01 s

Einstellung Beobachtung Begründung

kpr = 1

Tn = 1

Tv = 0

Ist-Wert schwingt 1 x über kpr und Tn anders einstellen

kpr = 1

Tn = 4

Tv = 0

Regler träge, schwingt nicht über I-Anteil ist kleiner, deshalb ist Regler

träger

kpr = 3

Tn = 4

Tv = 0

Regler reagiert am Anfang schnell,

dann träge, er schwingt nicht über

Bei großer Regeldifferenz ist P-

Wirkung groß

kpr = 2

Tn = 2

Tv = 0

Regler schwingt nur 1 x über und

geht dann auf Soll-Wert.

Regler ist schnell, 1 x Überschwingen

erlaubt

kpr = 2

Tn = 2

Tv = 0,2

Regler regelt schneller aus. Der

D-Anteil neigt zu Schwingungen.

Die große Differenz ealt – e bei einer

Soll-Wert-Änderung bringt einen

großen D-Anteil

kpr = ……..

Tn = ……

Tv = ……..

---Freie Eingabe ----

1. Beschreiben Sie die Arbeitsweise eines PI-Reglers mit einer PT1-Strecke.

Der PI-Regler regelt zu Null aus (Regeldifferenz wird null). Im ausgeregelten System ist der P-Anteil = 0; der I-Anteil liefert in diesem Fall die Stellgröße (man sagt: „der I-Anteil trägt“).

2. Welche Wirkung hat der P-Anteil und welche der I-Anteil?

P-Anteil: Der P-Anteil wirkt nur bei Regeldifferenz und ist sehr schnell I-Anteil: wirkt langsam (additiv)

3. Beschreiben Sie eine strukturierte Vorgehensweise beim

Einstellen eines PI-Reglers. 1. I-Anteil klein (Tn groß), P = 1 2. I-Anteil vergrößern, (Tn verkleinern) 3. Testen und 2. wiederholen

Lösung 4.5 PID-Regler (stetiger Regler)

Erkenntnisfragen

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Fluid Lab -P - festo-didactic.com · Die Software Fluid Lab ... Pneumatik. Die Themen der Übungen sind: • Aufnehmen von Kennlinien einzelner Komponenten • Vergleich der Anwendung