In industriële productieprocessen komt het regelmatig voor dat een pneumatische cilinder een samengestelde beweging moet maken: eerst rustig en met beperkte kracht aanlopen naar het werkstuk, en pas bij fysiek contact de maximale perskracht leveren. Een herkenbaar praktijkvoorbeeld is vloeiboren (Flowdrillen), waarbij een roterende doorn eerst zacht tegen een metalen buis of plaat gepositioneerd moet worden voordat de volle persdruk wordt ingeschakeld om het materiaal te vervormen.

Zonder de juiste pneumatische schakeling leidt dit vaak tot haperende bewegingen, onveilige situaties of ventielen die weigeren om te schakelen. Hieronder leggen we stap voor stap uit hoe je een betrouwbaar tweestaps-druksysteem opbouwt, veelgemaakte valkuilen voorkomt en het omschakelpunt volledig automatiseert met een digitale drukschakelaar.

1. Het pneumatische schema: Lage kracht versus volle werkdruk

Wie met twee verschillende drukniveaus wil werken (bijvoorbeeld 0,5 tot 1,5 bar tijdens de aanloop en 6 bar tijdens de bewerking), loopt al snel tegen de mechanische beperkingen van standaard ventielen aan.

Waarom de voordruk vóór het ventiel knijpen niet werkt

Een logische eerste gedachte is om een drukregelaar direct vóór het hoofdventiel te plaatsen. Dit veroorzaakt in de praktijk echter storingen:

• De meeste indirect (pneumatisch voorgestuurde) bediende 5/2-ventielen hebben een minimale stuurdruk van circa 2 bar nodig om betrouwbaar om te schakelen.

• Verlaag je de toevoerdruk vóór het ventiel naar bijvoorbeeld 0,5 bar, dan kan het interne schuifmechanisme niet schakelen en blokkeert het ventiel.

De bypass-schakeling rond de drukregelaar De juiste opzet stuurt het 5/2-ventiel aan met de volledige netwerkdruk (ca. 6 bar). Het schakelen tussen de twee drukniveaus vindt plaats tussen het hoofdventiel en de cilinderpoort: 5/2-Hoofdventiel: Bepaalt de bewegingsrichting van de cilinder (in- of uitschuiven). Drukregelaar met terugslagklep: Regelt de luchttoevoer naar de cilinder af op een veilige lage aanvoerdruk. De geïntegreerde terugslagklep voorkomt dat de ontluchting van de regelaar continu lucht afblaast zodra er later hoge druk op de leiding komt te staan. 2/2-Bypassventiel: Dit ventiel staat parallel over de drukregelaar gemonteerd. In rust stroomt de perslucht via de regelaar (lage druk). Zodra het 2/2-ventiel wordt bekrachtigd, omzeilt de lucht de drukregelaar en ontvangt de cilinder direct de volle 6 bar netwerkdruk. Belangrijke besturingstip bij de retourslag: Wanneer de cilinder na de bewerking intrekt, moet de lucht uit de werkkamer afgeblazen kunnen worden via de uitlaat van het 5/2-ventiel. Omdat de terugslagklep deze retourstroom via de drukregelaar blokkeert, moet het 2/2-bypassventiel bekrachtigd blijven totdat de cilinder weer volledig in zijn startpositie staat.

 

2. Druk versus flow: Het voorkomen van het stick-slip effect

Een veelvoorkomende fout bij het inregelen van persluchtcilinders is het gebruik van druk om de snelheid te bepalen. Dit zijn echter twee fundamenteel verschillende natuurkundige grootheden:

• Druk (bar): Bepaalt uitsluitend de uitgeoefende kracht van de zuigerstang.

• Flow / Debiet (l/min): Bepaalt het volume aan lucht dat per minuut de kamer in- of uitstroomt, en dicteert daarmee de lineaire snelheid van de cilinder.

Waarom een cilinder gaat 'stotteren' bij 0,5 bar

Wanneer een cilinder op een extreem lage druk van circa 0,5 bar wordt gezet, treedt vaak het zogeheten stick-slip effect op. De zuiger beweegt dan schokkend of stotterend voorwaarts.

Dit ontstaat doordat de statische wrijving (losbreekkracht) van de interne cilinderdichtingen hoger ligt dan de dynamische glijwrijving. De cilinder bouwt net voldoende druk op om los te breken, schiet een stukje door, verliest zijn druk, valt stil en moet opnieuw druk opbouwen.

De oplossing: Flow smoren, druk verhogen

Om een vloeiende, langzame beweging te garanderen zonder schokken, splits je kracht en snelheid:

• Gebruik een snelheidsregelventiel (flowregelaar) aan de cilinderpoort om de luchtdoorstroom (liters per minuut) te smoren.

• Verhoog de aanloopdruk via de secundaire regelaar van bijvoorbeeld 0,5 bar naar circa 1,5 bar.

Hierdoor heeft de cilinder ruim voldoende krachtreserve om de wrijving van de dichtingen moeiteloos te overwinnen, terwijl de afgestelde flow ervoor zorgt dat de zuigerstang rustig en constant naar het werkstuk toe loopt.

 

3. Automatisch omschakelen met een digitale drukschakelaar

In eenvoudige opstellingen bedient een operator eerst een knop voor de aanloop, en vervolgens een tweede schakelaar om de 2/2-bypass te openen voor de werkslag. Voor een betrouwbaar en snel productieproces wil je deze omschakeling echter automatiseren zodra het gereedschap contact maakt met het product.

Het werkingsprincipe

Zolang de zuigerstang ongehinderd naar voren beweegt, ontstaat er in de cilinderkamer een constante dynamische druk die gelijk is aan de wrijvingsweerstand van de cilinder en het mechanisme.

Zodra de punt het materiaal raakt, stopt de lineaire beweging abrupt. Omdat er nog steeds perslucht via de regelaar de kamer in stroomt, loopt de druk binnen fracties van een seconde op tot de maximaal ingestelde waarde van de drukregelaar. Deze plotse drukstijging is het ideale signaal om de bypass in te schakelen.

Integratie van een digitale druksensor

Met een compacte digitale drukschakelaar (zoals de DPS43P30) kan deze overgang direct worden gedetecteerd:

• Eenvoudige montage: De sensor wordt via een push-in T-stuk direct in de werkleiding tussen de bypass-sectie en de cilinderpoort geplaatst.

• Signaalverwerking: De sensor vereist een 24V-voeding en beschikt over instelbare PNP-schakeluitgangen en/of een 4-20 mA analoge uitgang voor communicatie met een PLC.

• Schakelpunt instellen: Op het digitale display kan direct de gewenste drempelwaarde worden geprogrammeerd waarbij de PNP-uitgang omschakelt en de spoel van het 2/2-ventiel aanstuurt.

Betrouwbaarheid en bandbreedte

Voor een storingsvrije werking is het essentieel dat de sensor niet te vroeg triggert tijdens het vullen van de leiding en de aanloopbeweging.

Hanteer daarom voldoende bandbreedte tussen de twee drukniveaus:

• Zorg dat de dynamische druk die nodig is om de cilinder te laten bewegen ruim onder het schakelpunt blijft.

• Stel het schakelpunt van de sensor in net onder de maximale instelling van de secundaire drukregelaar.

• Hoe groter het drukverschil tussen de vrije slag en de eindweerstand tegen het materiaal, des te nauwkeuriger en ongevoeliger het systeem is voor drukpieken in het persluchtnet.

Componentenoverzicht voor dit systeem

Voor het opbouwen van deze schakeling zijn de volgende kerncomponenten benodigd:

Component 5/2-Magneetventiel Pneumatische drukregelaar Insteek-terugslagklep 2/2-Magneetventiel Snelheidsregelventiel Digitale drukschakelaar Push-in T-koppeling & PU-slang

Functie in het systeem Richtingssturing van de cilinder (in- en uitschuiven) op netdruk (ca. 6 bar) Reduceert de perslucht voor de aanloopfase (bijv. 1,5 bar). Voorkomt dat de drukregelaar gaat afblazen bij inschakeling van 6 bar. Bypassfunctie om op het juiste moment de volle 6 bar vrij te geven. Nauwkeurige begrenzing van de flow (l/min) voor een vloeiende beweging. Detecteert de druksprong bij contact met het werkstuk en stuurt de bypass aan. Voor een snelle en lekvrije integratie van de sensor in de werkleiding.

Door kracht en snelheid mechanisch van elkaar te scheiden, voorkom je stotterende cilinders en beschadigingen aan gereedschap of werkstukken. De combinatie van een bypass-regeling en een digitale druksensor biedt een compacte, betrouwbare automatiseringsslag zonder dat er zware externe eindschakelaars of complexe mechanische sensoren nodig zijn.

 

Veelgestelde vragen FAQ 1. Waarom blokkeert een indirect bediend 5/2-ventiel bij een lage voordruk? Indirect bediende 5/2-ventielen hebben minimaal circa 2 bar interne stuurdruk nodig. Bij een lagere toevoerdruk (zoals 0,5 bar) kan het interne schuifmechanisme niet bewegen en blokkeert het ventiel. 2. Hoe bouw je een tweedrukregeling op voor een veilige aanloop? Stuur het 5/2-ventiel aan met volle netdruk (ca. 6 bar). Plaats tussen dit ventiel en de cilinderpoort een drukregelaar met terugslagklep voor de lage aanloopdruk, met parallel daaraan een 2/2-bypassventiel voor het inschakelen van de volle werkdruk. 3. Waarom stottert een pneumatische cilinder bij lage druk (stick-slip effect)? Bij te lage druk (bijv. 0,5 bar) is de statische losbreekkracht van de dichtingen groter dan de glijwrijving. De cilinder schiet telkens kort vooruit, valt stil zodra de druk daalt en herhaalt dit schokkend. 4. Hoe los je het stick-slip effect op bij een langzame cilinderbeweging? Scheid kracht en snelheid: verhoog de aanloopdruk naar circa 1,5 bar om de wrijving van de dichtingen te overwinnen, en knijp de snelheid af met een snelheidsregelventiel (flowregelaar) aan de cilinderpoort. 5. Hoe detecteert een digitale drukschakelaar contact met het werkstuk? Zodra de cilinder het werkstuk raakt, stopt de beweging en stijgt de druk in de kamer direct naar de maximale aanloopwaarde. De drukschakelaar meet deze plotse sprong en stuurt de 2/2-bypass aan voor de volle 6 bar.

 

Terug naar kennispagina's