Nei processi di produzione industriale, spesso accade che un cilindro pneumatico debba compiere un movimento composto: prima avvicinarsi al pezzo con calma e con forza limitata, e fornire la massima forza di pressione solo in caso di contatto fisico. Un esempio pratico riconoscibile è la perforazione a flusso (Flowdrilling), in cui un mandrino rotante deve prima essere posizionato delicatamente contro un tubo o una piastra metallica prima che venga applicata la piena pressione di pressione per deformare il materiale.

Senza la corretta commutazione pneumatica, questo spesso porta a movimenti esitanti, situazioni pericolose o valvole che si rifiutano di cambiare. Di seguito spieghiamo passo dopo passo come costruire un sistema di pressione affidabile a due fasi, evitare le trappole comuni e automatizzare completamente il punto di cambio con un interruttore di pressione digitale.

1. Lo schema pneumatico: bassa forza contro piena pressione di lavoro

Se vuoi lavorare con due livelli di pressione diversi (ad esempio 0,5-1,5 bar durante l'avvio e 6 bar durante la lavorazione), presto incontrerai i limiti meccanici delle valvole standard.

Perché la prepressione prima di stringere la valvola non funziona

Un primo pensiero logico è posizionare un regolatore di pressione direttamente davanti alla valvola principale. In pratica, tuttavia, questo causa malfunzionamenti:

• La maggior parte delle valvole 5/2 indirettamente (a sterzo pneumatico) richiede una pressione minima di circa 2 bar per una commutazione affidabile.

• Se abbassi la pressione di alimentazione davanti alla valvola a, ad esempio, 0,5 bar, il meccanismo scorrevole interno non può commutare e i blocchi delle valvole.

Il circuito di bypass attorno al regolatore di pressione La configurazione corretta controlla la valvola 5/2 con la pressione di rete completa (circa 6 bar). Il cambio tra i due livelli di pressione avviene tra la valvola principale e la porta del cilindro: 5/2 - Valvola principale: Determina la direzione di movimento del cilindro (retratte o estensione). Riduttore di pressione con valvola di non ritorno: Regola l'aria di alimentazione al cilindro per ottenere una bassa pressione di alimentazione sicura. La valvola di non ritorno integrata impedisce alla bocca d'aria del regolatore di soffiare continuamente l'aria non appena viene applicata un'alta pressione sul tubo successivamente. Valvola di bypass 2/2: Questa valvola è montata parallelamente al regolatore di pressione. A riposo, l'aria compressa scorre attraverso il regolatore (bassa pressione). Non appena la valvola 2/2 viene alimentata, l'aria bypassa il regolatore di pressione e il cilindro riceve immediatamente la pressione completa di rete di 6 bar. Consiglio importante per il controllo della corsa di ritorno: quando il cilindro si ritrae dopo la lavorazione, deve essere possibile sfiatare l'aria dalla camera di lavoro tramite l'uscita della valvola 5/2. Poiché la valvola di ritorno blocca questo flusso di ritorno attraverso il regolatore di pressione, la valvola di bypass 2/2 deve rimanere alimentata finché il cilindro non è completamente tornato alla posizione di partenza.

 

2. Pressione contro flusso: prevenire l'effetto slittamento del joystick

Un errore comune nell'equilibrare bombole d'aria compressa è usare la pressione per determinare la velocità. Tuttavia, queste sono due grandezze fisiche fondamentalmente diverse:

• Pressione (bar): Determina solo la forza applicata della biella del pistone.

• Portata / Portata (l/min): Determina il volume d'aria che entra o esce dalla stanza per minuto, e quindi determina la velocità lineare del cilindro.

Perché un cilindro 'balbetta' a 0,5 bar

Quando un cilindro è impostato a una pressione estremamente bassa di circa 0,5 bar, spesso si verifica il cosiddetto effetto slittamento dello stick. Il pistone poi si muove in avanti, scattando o balbettando.

Ciò è dovuto al fatto che l'attrito statico (forza di rottura) delle guarnizioni interne del cilindro è superiore a quello a scorrimento dinamico. Il cilindro accumula la pressione giusta per staccarsi, spara un po', perde pressione, si ferma e deve aumentare di nuovo la pressione.

La soluzione: flusso dell'accelerazione, aumento della pressione

Per assicurarti un movimento fluido e lento senza scattamenti, dividi potenza e velocità:

• Usa una valvola di controllo della velocità (regolatore di flusso) nella porta del cilindro per regolare il flusso d'aria (litri al minuto).

• Aumentare la pressione di avviamento tramite il regolatore secondario da, ad esempio, 0,5 bar a circa 1,5 bar.

Questo conferisce al cilindro una riserva di energia più che sufficiente per superare senza sforzo l'attrito delle guarnizioni, mentre il flusso regolato garantisce che la biella del pistone scorra in modo fluido e costante verso il pezzo.

 

3. Commutazione automatica con interruttore di pressione digitale

In configurazioni semplici, l'operatore preme prima un pulsante per l'avvio, poi un secondo interruttore per aprire il bypass 2/2 per la corsa di lavoro. Tuttavia, per un processo produttivo affidabile e veloce, è necessario automatizzare questo passaggio non appena lo strumento entra in contatto con il prodotto.

Il principio di funzionamento

Finché la biella del pistone si muove in avanti senza ostacoli, nella camera del cilindro si crea una pressione dinamica costante pari alla resistenza da attrito del cilindro e del meccanismo.

Non appena la punta tocca il materiale, il movimento lineare si interrompe bruscamente. Poiché l'aria compressa continua a fluire nella camera tramite il regolatore, la pressione sale fino al valore massimo imposto del regolatore in frazioni di secondo. Questo improvviso aumento di pressione è il segnale ideale per attivare il bypass.

Integrazione di un sensore di pressione digitale

Con un interruttore di pressione digitale compatto (come il DPS43P30), questa transizione può essere rilevata direttamente:

• Installazione semplice: Il sensore è posizionato direttamente nella linea di lavoro tra la sezione di bypass e la porta del cilindro tramite un pezzo a T a spinta.

• Elaborazione del segnale: Il sensore richiede un alimentatore da 24V e dispone di uscite PNP regolabili e/o un'uscita analogica da 4-20 mA per la comunicazione con un PLC.

• Impostazione del punto di commutazione: Il valore di soglia desiderato può essere programmato direttamente sul display digitale, dove l'uscita PNP commuta e controlla la bobina della valvola 2/2.

Affidabilità e larghezza di banda

Per un funzionamento senza problemi, è essenziale che il sensore non si attivi troppo presto durante il riempimento del tubo e il movimento di avvio.

Pertanto, utilizzare una larghezza di banda sufficiente tra i due livelli di pressione:

• Assicurati che la pressione dinamica necessaria per muovere il cilindro rimanga ben al di sotto del punto di combustione.

• Imposta il punto di commutazione del sensore appena sotto la massima impostazione del regolatore di pressione secondario.

• Maggiore è la differenza di pressione tra la corsa libera e la resistenza finale al materiale, più il sistema è preciso e insensibile ai picchi di pressione nella rete dell'aria compressa.

Panoramica dei componenti per questo sistema

I seguenti componenti principali sono necessari per costruire questo circuito:

Componente Valvola solenoide 5/2 Regolatore di pressione pneumatico Valvalla di ritegno a spina Valvola 2/2 Solenoide Valvola di controllo della velocità Interruttore di pressione digitale Accoppiamento a T a spinta e tubo in PU

Funzione nel sistema Controllo direzionale del cilindro (retratte ed estensioni) a pressione di rete (circa 6 bar) Riduce l'aria compressa per la fase di avvio (ad esempio 1,5 bar). Impedisce al regolatore di pressione di soffiare quando è acceso a 6 bar. Bypass per rilasciare il blocco completo di 6 barre al momento giusto. Limitazione precisa del flusso (l/min) per un movimento fluido. Rileva il salto di pressione al contatto con il pezzo e controlla il bypass. Per un'integrazione rapida e senza perdite del sensore nel tubo di lavoro.

Separando meccanicamente forza e velocità, si prevengono i tubi a scatti e danni a utensili o pezzi. La combinazione di controllo bypass e sensore di pressione digitale offre un passaggio di automazione compatto e affidabile senza la necessità di pesanti interruttori esterni o sensori meccanici complessi.

 

Domande frequenti FAQ 1. Perché una valvola 5/2 indirettamente si blocca a bassa pressione di ingresso? Le valvole 5/2 azionate indirettamente richiedono almeno circa 2 bar di pressione di controllo interno. A una pressione di alimentazione più bassa (come 0,5 bar), il meccanismo scorrevole interno non può muoversi e la valvola blocca. 2. Come si costruisce un controllo a due pressioni per un avvio sicuro? Controlla la valvola 5/2 con la piena pressione della rete (circa 6 bar). Installare un regolatore di pressione con una valvola antiritorno per la bassa pressione di avviamento tra questa valvola e la porta del cilindro, con una valvola di bypass 2/2 in parallelo per attivare la piena pressione di funzionamento. 3. Perché un cilindro pneumatico balbetta a bassa pressione (effetto slittamento)? Se la pressione è troppo bassa (ad esempio 0,5 bar), la forza statica di rottura delle guarnizioni è maggiore dell'attrito di scorrimento. Il cilindro scatta brevemente in avanti ogni volta, si ferma non appena la pressione cala e ripete questo in modo sorprendente. 4. Come si risolve l'effetto di slittamento della levetta con un movimento lento del cilindro? Separare forza e velocità: aumentare la pressione di avviamento a circa 1,5 bar per superare l'attrito delle guarnizioni e accelerare la velocità con una valvola di controllo della velocità (controller di flusso) alla porta del cilindro. 5. Come rileva un interruttore a pressione digitale il contatto con il pezzo da lavorare? Non appena il cilindro tocca il pezzo, il movimento si ferma e la pressione nella camera sale immediatamente al valore massimo di avviamento. L'interruttore di pressione misura questo salto improvviso e controlla il bypass 2/2 per l'intero 6 bar.

 

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