Hur en översikt:

• Styrda drivenheter har förmågan att lyfta, trycka, dra, knuffa, klämma, stoppa, hålla, skära och separera.
• Styrda skjutbanor gör sig bra när precision och repeterbarhet krävs.
• Guidade glidare och drivenheter kan användas i ett stort antal pack-and-place-tillämpningar.

Pneumatiska styrda drivenheter och skjutare är arbetshästar inom industriell automation. De är väl beprövade och kan anpassas till ett växande antal tillämpningar där tillägg av styrning förbättrar prestandan. De är också kostnadseffektiva, med många varianter och konfigurationsalternativ som garanterar stor tillförlitlighet och lång livslängd.

En styrd drivenhet (till vänster) innehåller styrstänger och kräver ingen montering, men många styrenheter som denna FENG-aktuator och standardcylinder från Festo (till höger) kräver montering.

Drivningar och glidare

Till skillnad från standarddrivningar upprätthåller pneumatiska styrda drivningar fullständig stabilitet och pneumatiska styrda glidare ger större stabilitet och precision, vilket är avgörande för många plock-och-placeringsfunktioner. Med båda typerna av manöverdon säkerställer tillägg av stabilisering för kolvstången bättre prestanda och längre livslängd än de icke-stabiliserade alternativen. Marknaden för styrda drivenheter och glidare växer i takt med att fler ingenjörer lär sig att det är enklare och bekvämare att köpa en enda produkt med linjär rörelse och styrning än att köpa båda funktionerna separat.

I en standard pneumatisk drivenhet skapar kolvstången en linjär rörelse och kan rotera fritt när den skjuts ut och in. I många industriella tillämpningar är denna rotation oväsentlig, men den är oönskad om användaren behöver stabilitet, t.ex. för att hålla ett stämplingsverktyg helt parallellt med det föremål som stämplas. Dessutom, om kolvstången utövar kraft på ett föremål kan det motstånd den möter skapa en sidokraft eller ett vridmoment mot manöverdonet.

Om manöverdonet t.ex. positionerar en cirkelsåg som skär genom trä, kan yttre krafter på manöverdonet när kolvstången är utdragen skapa avböjningar som orsakar ett ofullkomligt snitt. Detta genererar överdrivet slitage på sågen och cylindern.

Guidade drivenheter utför ofta en av tre enkla uppgifter: stoppa, lyfta eller skjuta.

Pneumatiska guidade drivenheter har bara en kolv, där kolvens stabilitet garanteras av två styrstänger. Dessa styrstänger löper vanligtvis på uppsättningar av bussningar eller kullager för stabilitet. Styrstängerna och kolven är fästa vid ett ok som håller verktygen, vilket förhindrar att kolven vrids eller vänder sig om sidokraft appliceras för driftsstabilitet. Dessa drivenheter används i tillämpningar där man lyfter, trycker, drar, knuffar, klämmer, stoppar, håller fast, håller, skär och separerar. De finns i många storlekar och varianter, kan hålla nästan alla verktyg, har slaglängder på upp till 400 mm och kan utöva stor kraft där det behövs.

Guidade glidare utmärker sig i uppgifter där höga nivåer av precision och repeterbarhet är viktiga, t.ex. vid montering av elektronik eller små bildelar, vid hantering av livsmedel och drycker och vid doseringstillämpningar inom andra processsektorer. Styrda skjutbanor har vanligtvis en eller två kolvstänger och en styrskena som löper på precisionskullager i skjutbanans hölje för exakt rörelse och repeterbar noggrannhet, trots laterala belastningar och vridmoment.

Skjutbanorna tillhandahåller den linjära rörelsen, oavsett om de är fast monterade horisontellt eller vertikalt. De är utmärkta verktyg som fästs på ett portal, t.ex. en dubbelaxlig (X, Z) multi-slide-konfiguration och kan läggas till i pick-and-place- och piggyback-konfigurationer som har en slida monterad ovanpå en annan för längre slag med stopp på vägen, ofta utan adaptrar.

I duplextillämpningar ger en kompakt miniskida som fästs på en liten mekanisk gripenhet eller en vakuumsugkopp typiskt sett en repeterbar noggrannhet på 0.01 mm samt linjäritet och parallellitet inom intervallet 1/100 mm 0,01 mm över miljontals cykler.

Pneumatiska drivenheter finns i en mängd olika konfigurationer, bland annat icke-roterande (vänster), ostyrda (mitten) och styrda (höger).

Guidade glidskenor finns i olika storlekar med olika monteringsalternativ och många dämpningsalternativ för att säkerställa de kortaste cykeltiderna med minimala vibrationer. Vid jämförelser äpplen mot äpplen mellan styrda slides och drivenheter och icke-roterande cylindrar med identisk kolvborrningsstorlek och slaglängd är styrda slides de största och tyngsta av alternativen med inbyggd kolvstyrning, tack vare sina breda, platta styrningar som ger mycket precisa rörelser.

Med samma borrningsdiameter (20 mm) för kolvstången och samma slaglängd (50 mm) har den styrda sliden den största profilen (fotavtryck eller längd, höjd och bredd). Styrda drivenheter passar däremellan och är mindre än en styrd slida och större än en icke roterande cylinder.

Vid jämförelse av en icke roterande cylinder, en styrd drivenhet och en styrd slida, alla med samma kolvborrningsstorlek (20 mm), samma slaglängd (50 mm) och en utdragen kraft på 188 N (se diagrammet) är den icke roterande drivenhetens kraft-till-vikt-förhållande 65 %, den styrda drivenhetens 16 % och den styrda slidans 15 %. En icke-roterande cylinder skulle alltså vara mindre och billigare, men för högre vridmomentbelastningskapaciteter eller precision behövs en styrd glidare eller drivning och de skulle vara större för samma borrning och slaglängd. Att lägga till styrning ger mer vikt i förhållande till den icke-roterande drivenheten för att ge mer stabilitet.

Alternativ till styrda ställdon

Non-roterande cylindrar och kombinationer av externa styrningar och standardcylindrar betraktas ofta som alternativ till pneumatiska styrda drivenheter och skjutreglage. De har begränsad lastkapacitet, så de är bättre lämpade för tillämpningar som kräver att en viss orientering bibehålls, men med små belastningar.

Non-roterande drivenheter och cylindrar med icke-roterande kolvstänger är billigare, men styrda drivenheter och glidskenor är mer hållbara och exakta och klarar av högre laterala belastningar och vridmoment. När samma funktion utförs, t.ex. att lyfta en last eller flytta en gripdon, kommer den icke-roterande drivenheten att ha störst avböjning på grund av lagerutrymme och sidokraft. Avböjning är i detta fall den sträcka som kolven eller frontplattan rör sig på grund av spel med lagren eller eventuella yttre krafter. Ökad avböjning innebär minskad precision.

En extern styrning kan matchas med ett större utbud av cylindrar för att hantera en mängd olika uppgifter och situationer, t.ex. fastspänning, justerbara luftkuddar och arbete i höga temperaturer, men de två måste vara kopplade. Guidade glidare och drivenheter har färre konfigurationsalternativ och ett mer begränsat prestandaomfång, men de är också billigare. I pick-and-place-tillämpningar kan en kompakt ostyrd cylinder med fritt roterande kolv övervägas, men den säkerställer inte en konsekvent positionering och orientering av de delar som flyttas lika bra som en styrd miniskjutare skulle göra.

Pneumatisk och elektrisk styrning

Pneumatiska och elektriska styrda drivenheter och skjutare kan utföra liknande uppdrag, men har olika styrkor. Med en korrekt dimensionerad, väl underhållen tryckluftskälla ger pneumatiska drivenheter högre krafttätheter och hastigheter för lägre installations- och driftskostnader samt längre livslängd.

Vid jämförelse av manöverdon i liknande pneumatiska och elektriska miniskjutare är den pneumatiska versionen kortare med kortare positioneringstider. Elektriska versioner erbjuder mjukare stopp och start, en programmerbar drivprofil och konstanta, exakta hastigheter. Som en allmän regel tar pneumatiska drivenheter och slides mindre utrymme i anspråk. Idag kan energihantering och tryckluftsdiagnostik minska luftförbrukningen och oplanerat underhåll och stilleståndstider, vilket gör dem till ett mer ekonomiskt val.

Relativ effektivitet är ett viktigt övervägande när det gäller att göra rätt tekniskt val bland potentiellt lämpliga pneumatiska drivenheter med styrning.

Pneumatiska miniglidstyrningar är användbara för exakta rörelser i trånga utrymmen.

Exemplet (nedan) jämför priserna på en icke-roterande cylinder, styrd drivenhet och en styrd slida ( alla basmodeller med samma 20 mm kolv och 50 mm slaglängd, och den procentuella andel av styrningen som används när den utsätts för identiska förskjutningsbelastningsförhållanden. I det här exemplet har den icke-roterande cylindern 100 % av styrningen använts. Den har nått sin gräns och är ett dåligt val när det gäller dess förmåga att hantera offsetbelastning. Den styrda glidaren är den dyraste av de tre, och med endast 12 % användning av styrningen överpresterar den för den här tillämpningen. Den styrda drivenheten uppnår 54 % guideanvändning och även om den är ungefär 2,5 gånger dyrare än den icke-roterande cylindern, ger den den bästa kostnadsprestandan av de tre alternativen.

Guidade drivenheter för alla scenarier

Den ökande användningen av pneumatiska styrda drivenheter och glidare återspeglar deras användbarhet för ett utomordentligt brett spektrum av uppgifter. Dessa manöverdon finns i såväl standardmodeller som specialmodeller eller specialanpassade modeller och i metriska och tumsversioner.

Som standardmodeller står de för hälften av marknaden och är kostnadseffektiva för de flesta tillämpningar. De flesta är underhållsfria och kräver liten eller ingen montering. Många finns tillgängliga med ett val av glidlagerstyrningar för hög styvhet eller recirkulerande kullagerstyrningar för tillämpningar med vridmomentbelastning. Basmodellerna är extremt mångsidiga och tar mindre plats för de krafter de levererar än alternativen. Dessa basdrifter finns i många storlekar, med många kombinationer av kolvdiameter och slaglängd. Slaglängder upp till 200 mm betraktas i allmänhet som standardprodukter. Större versioner med slaglängder på upp till 400 mm finns tillgängliga. Dessa större versioner inkluderar ett urval av dämpnings- och änddämpningsalternativ, inklusive manuellt justerbar och, i vissa modeller, självjusterande luftdämpning.

Det finns också specialmodeller och varianter för torra livsmedel och stänkzoner, renrums- och ATEX-tillämpningar samt varianter med värmebeständiga konstruktioner. Hygieniska drivenheter för livsmedels- och läkemedelstillämpningar ger samma enkla rengöring och korrosionsbeständighet som hygieniska standardcylindrar samt NSF-H1-kompatibel smörjning. Hygieniska styrda drivenheter har en slät, ren design som inte låter vatten, smuts eller damm samlas på dem.

Basmodellserien DFM från Festo är en populär pneumatisk styrd drivenhet.

Många av samma fördelar som stora styrda drivenheter har finns tillgängliga i ministyrda drivenheter där kort slaglängd och mindre kraft räcker och utrymmet är begränsat. Särskilt kompakta modeller erbjuder slaglängder på bara 5-30 mm.

Två Festo DGSL miniskjutare är monterade på en elektrisk axel i sidoladdningsenheten i en förpackningsmaskin.

Guidade skjutare erbjuder liknande variation med både standard- och specialmodeller och tillval som kan justeras för de flesta tillämpningar. Sortimentet omfattar basmodeller med slaglängder upp till 200 mm och flera dämpningsalternativ, platta och smala konstruktioner samt ultrakompakta modeller som är så små som 8 mm breda med slaglängder på 1 till 10 mm. Den sistnämnda modellen är idealisk för små pick-and-place- och andra tillämpningar med korta slaglängder. Utvecklingen av allt mer kompakta styrda glidare återspeglar industritrenden, särskilt inom elektronikmontering, mot miniatyrisering som kräver att styrda minislidare och mikroslidare presterar med samma precision, repeterbarhet och långa livslängd som större ställdon.

Väljning av rätt drivning

Mjukvara som Festos verktyg för dimensionering av pneumatiska produkter (som finns i företagets onlinekatalog under den blå fliken ”Engineering”) stödjer kunderna i valet och konfigurationen av pneumatiska produkter. Kunderna kan ange sina tillämpningsparametrar, faktorer som den last som ska flyttas, avståndet och hastigheten samt arbetstrycket. De får lämpliga produktrekommendationer samt en uppfattning om vilken typ av dämpning som uppfyller deras behov – från en enkel stötdämpartyp eller stötdämpare till manuellt justerbar eller självjusterande luftdämpning. Detta dimensioneringsverktyg tar också upp användningen av lagerstyrning och ger en indikation på om glidlager eller kullager skulle vara bättre lämpade för deras driftskrav.

och för pneumatiskt styrda drivenheter och glidare växer stadigt, vilket återspeglar den fortsatta utbyggnaden av automatisering och förbättringar av ställdonskonstruktionen. Dessa ställdon är ett utmärkt val överallt där det finns tillgång till tryckluftsenergi. De är kostnadsmässigt konkurrenskraftiga, lätta att konfigurera och installera, ofta underhållsfria och robusta, vilket garanterar en lång livslängd. De är mångsidiga och finns i ett stort antal kolvstorlekar och slaglängder, med basmodeller som passar de flesta tillämpningar och specialvarianter för många andra. Deras styrningskapacitet är redan konstruerad och inbyggd, vilket innebär att minimal eller ingen montering krävs. Det är ingen överdrift att det finns en styrd drivenhet eller en glidare för de flesta tillämpningar som kräver stabilitet och/eller repeterbar precision.

Darren O’Driscoll, Michael Guelker och Julian Beckler är produktchefer och Thomas Martin är chef för produktförvaltningen (kolvstångsställdon) på Festo AG & Co.

.