PNÖMATİK SİLİNDİRLER TEK ETKİLİ SİLİNDİRLER: Tek etkili silindirler tek hava girişine sahiptir ve kuvvet yalnızca bir yönden uygulanabilirler. Silindir çemberindeki basınçlı havanın kesilmesiyle birlikte silindir yay veya harici bir kuvvetin etkisiyle ilk konumuna geri döner.
Özellikleri: - Yalnızca hareket ederken hava sarfiyatı olur. - Enerji kesintilerinde dahi ilk konumuna geri döner. - İlerleme yönündeki kuvvet, karşı yayın negatif etkisiyle azalır. - Gövdeleri daha uzundur. - Strokları kısadır. -Geri dönüş kuvveti ilerleme kuvvetine göre oldukça düşüktür. Uygulama Alanları: Tek etkili silindirler genellikle kısa stroklu ve geri dönüş esnasında herhangi bir kuvvetin bulunmadığı durumlarda kullanılır. Tipik kullanım yerleri şunlardır: - Tutma - İtme - Sürme - Kesme - Pres
ÇİFT ETKİLİ SİLİNDİRLER: Çift etkili silindirlerle basınçlı hava yardımıyla her iki yönde hareket ve kuvvet elde etmek mümkündür.
Şekil 2. Çift etkili silindir ve sembolik gösterimi
Özellikleri: - İlerleme ve geri dönüş hareketlerinde kuvvet elde etmek mümkündür. - Geri dönüş kuvveti alanı dolayısıyla ileri harekete göre daha küçüktür. - Piston mili yatay kuvvetlere karşı koyamaz. - Tek etkili silindirlere göre daha uzun stroklar elde edilebilir. - Geri dönüş kuvvetini arttırabilmek amacıyla piston milinin çapı küçük tutulur. - İç yapıları basittir. Uygulama Alanları: Küçük ve orta büyüklüklerdeki kuvvetlerin hem ilerleme hem de geri dönüş yönünde uygulandığı yerlerde kullanılır. Tipik kullanım yerleri şunlardır. - Tutma - İtme - Sürme - İşleme - Ayırma - Monte etme - Form verme - Delme / Zımbalama - Bükme - Açma / Kapama
DİYAFRAM SİLİNDİRLER: Bu silindirler iç yapıları ve konstrüksiyonları sebebiyle oldukça küçük hacimli ve kısa stroklu olarak üretilirler. Endüstriyel uygulamalarda genellikle tek etkili versiyonları kullanılır.
Şekil 3. Diyafram silindir
Özellikleri: - İç yapıları oldukça basittir. - Boyutlarına göre büyük kuvvetler elde edilebilir. ( Yaklaşık 20-25 kN ) - Strokları kısadır. - Montajı kolaydır. - Düşük maliyetlidir. Uygulama Alanları: Kısa mesafelerde büyük kuvvetlere ihtiyaç duyulan uygulamalarda kullanılır. Tipik kullanım yerleri şunlardır; - Tutma - Pres - Delme / zımbalama - Bükme KÖRÜK SİLİNDİR: Bu silindirlerde hareket eden ve birbirleriyle sürtünerek çalışan parçalar olmaması sebebiyle bakım gerektirmeden çok uzun süreler çalışabilirler.
Şekil 4. Körük silindir Özellikleri: - Strokları harici dayamalarla sınırlandırılır. - Birbirleriyle sürtünerek hareket eden mekanik parçaları yoktur. - Bakım gerektirmez. - Strokları kısadır. - Elde edilen kuvvet stroğa bağlı olarak değişir. - Taban ve tavan plakaları yaklaşık 15°C eğilebilir. Uygulama Alanları: Kısa mesafelerde büyük kuvvetlere ihtiyaç duyulan uygulamalarda kullanılır. - Tipik kullanım yerleri şunlardır; - Kaldırma platformları - Sıkma Presleri - Baskı silindirleri
FRENLİ SİLİNDİR: Piston mili üzerindeki mekanik bir fren tertibatı yardımıyla silindirin ara konumlarda durdurulması mümkündür.
Şekil 5. Frenli silindir
Özellikleri: - Mekanik kilit mekanizması sayesinde ara konumlarda durdurulabilme olanağı vardır. - Tutma kuvveti maksimum pnömatik itme kuvvetinden daha büyüktür. Uygulama Alanları: Emniyetli çalışma gerekçeleri doğrultusunda silindirin kararlı bir ara konumda durdurulması gereken uygulamalarda kullanılır.
ÇİFT ETKİLİ SİLİNDİR (ÇİFT MİLLİ): Bu silindirler her iki hareket yönüne doğru eşit miktarda kuvvet uygulayabilirler. Pistonun stabilitesi, her iki uçtan yataklama yapılarak sağlanır.
Şekil 6. Çift piston milli silindir
Özellikleri: - Her iki hareket yönünde çalışma olanağı vardır. - Yataklama, milin her iki kolunda eşittir. -Düşük yanal kuvvetleri taşıyabilir. - Piston etki alanının her iki yanda eşit olması sebebiyle eşit kuvvetler elde edilir. Uygulama Alanları: Bu tip silindirler yanal (lateral) kuvvetlerin bulunduğu ve her iki yönde eş kuvvetin elde edildiği uygulamalarda kullanılır.
MİLSİZ SİLİNDİR: Çok uzun stroklara gereksinim duyulan ve piston milinin bükülme olasılığının bulunduğu uygulamalarda genellikle milsiz silindirler tercih edilir. Uygulama Alanları: Silindir gövdesinin kaplandığı ekstra hacim dolayısıyla standart silindir tiplerinin kullanılmadığı veya çok uzun stroklar sebebiyle piston milinin bükülme ihtimalinin bulunduğu yerlerde milsiz silindirler yaygın olarak kullanılmaktadır. Tipik kullanım yerleri şunlardır: - Yerleştirme - Açma / Kapama - Uzun mesafelerde taşıma - Kapı açma / kapama - Kesme Milsiz Silindir Çeşitleri: Fermuarlı Tip Milsiz Silindir: Piston üzerindeki yuvaya oturan mekik, sızdırmazlığı sağlayan iki paralel bant arasından geçerek dışarıdaki flanşa bağlanır ve hareketi iletir. Özellikleri: - Yanal (lateral) kuvvetlere karşı mukavemeti oldukça yüksektir. - Strok boyunca oldukça her noktada eşit olarak yataklama sağlanır. - Piston etki alanının her iki yanda eşit olması sebebiyle eşit kuvvetler elde edilir.
Manyetik Etkili Milsiz Silindir: Manyetik piston, mıknatıs etkisiyle hareketi dışarıdaki flanşa aktarır. Özellikleri: - Elde edebilecek kuvvet, mıknatısın uygulayabileceği kuvvetle sınırlandırılmıştır. - Tamamen kapalı bir sistem olduğu için hava kaçaklarına karşı %100 korumalıdır. Bant Tip Milsiz Silindir: Pistona bağlı bantların makaralar üzerinden geçerek flanşı hareket ettirmesi prensibiyle çalışır. Özellikleri: - Piston milinin yerine kablo veya bant kullanılır. - Piston milinin bükülme ihtimali yoktur. - Oldukça uzun stroklar elde edilebilir. - Sızdırmazlık elemanları çok önemlidir.
ÇOK KONUMLU SİLİNDİR: Birden fazla stabil pozisyon elde edebilmek amacıyla iki veya daha fazla silindirin kombinasyonuyla elde edilir.
Şekil 7. Çok Konumlu Silindir
Özellikleri: Teorik olarak birbirinden farklı stroklara sahip “n” farklı silindirin birleşmesiyle 2n farklı konum elde edilir. Ancak endüstriyel uygulamalarda genellikle iki silindirli ve 3 veya 4 konumlu versiyonları sıklıkla kullanılır. Uygulama Alanları: Bu silindirler, birden fazla noktasal konumlandırma gerektiren, ayırma (sorting), dayama konumlandırması gibi uygulamalarda kullanılır.
TANDEM SİLİNDİR: Tandem silindir, mekanik olarak birbirine akuple edilmiş iki adet çift etkili silindirden oluşur.
Şekil 8. Tandem Silindir
Özellikleri: - Küçük piston çapıyla büyük kuvvetler elde edilir. - Boyutları büyüktür. - Strokları kısadır. - 4 adet hava bağlantısı mevcuttur. Uygulama Alanları: Bu tür silindirler basınçlı hava yardımıyla kısa stroklarda ve küçük hacimlerde büyük kuvvet elde edilmesi gereken çivi çakma, perçinleme gibi uygulamalarda kullanılır. HİDRO-PNÖMATİK SİLİNDİR: Havanın akışkan olarak çok fazla sıkıştırılabilir olması sebebiyle değişken yüklerle çalışırken ilerleme hızının sabit ve kesintisiz olmasını sağlamak oldukça zordur. Pnömatik silindirin içerisine basit bir hidrolik devre ekleyerek silindirin hızını kontrol altına almak ve hareketini stabil hale getirmek mümkündür
Şekil 9. Hidro - Pnömatik Silindir
Özellikleri: - Basınçlı hava tarafından ittirilen piston hidrolik akışkanın yer değiştirmesini sağlar. - Hidrolik devreye eklenen entegre bir kısıcıyla pistonun hızı ayarlanabilir. - Hidrolik devreye eklenen kapama valfi ile piston ara konumlarda durdurulabilir.
Pnömatik Silindirlerin Yapısı Pnömatik silindirlerin konstrüksüyon ve montaj tipleri çok çeşitli olabilir. Ön ve arka kapaklar ana gövdeye kendinden dişli olarak bağlanabilir veya civata ve tijler yardımıyla monte edilir. Günümüzde pek sık rastlanmamakla beraber kapakların gövdeye kaynatılması veya perçinlenmesi de mümkündür. Gövde malzemesi olarak çok çeşitli metaller kullanılmaktadır. Uygulama alanına ve prosesin ihtiyaçlarına göre alüminyum, basit ve alaşımlı paslanmaz çelik, pirinç ve bazen plastik malzemeler kullanılarak çok çeşitli amaçlara hizmet eden ağır yük silindirleri, düşük sürtünmeli silindirler, yüksek sıcaklık silindirleri ve hijyenik silindirler üretilmektedir.
Eğer silindir temassız manyetik algılayıcı ile birlikte kullanılacaksa, piston üzerinde bulunan mıknatısların kolayca hissedilebilmesi için silindir profil malzemesinin manyetik olmayan metallerden üretilmesi gerekmektedir. Endüstriyel uygulamalarda bir pnömatik silindirden bahsederken şu özellikleri göz önünde bulundurulur; - Strok sonu yastıklama - Bağlantı tipi - Piston çapı - Stroğu - Pistonun manyetikli olup olmadığı - Yük kapasitesi ve maksimum çalışma basıncı -Sızdırmazlık elemanları ve keçe grubunun tipi Özel uygulamalarda ise aşağıda belirtilen özelliklerdeki silindirler de kullanılmaktadır - Korozyona karşı dirençli silindirler - Yüksek ısıda çalışabilen (+200 "C ve üstü) - Yüksek basınç (200 Bar ve üstü) silindirleri - Takviyeli piston milli silindirler - Asidik ortamlarda kullanılabilen plastik kaplamalı silindirler
Pnömatik silindirler tasarımları gereği yalnızca eksenel yükleri taşıyabilirler. Silindirlerin makina üzerine montajı yapılırken piston mili hareket ekseninin doğrusal olması ve hassas olarak monte edilmesi son derece önemlidir. Aksi taktirde silindirin piston ve keçe gruplarına aşırı yük binecek ve silindir ömrünün kısalmasına sebep olacaktır. Silindirin hareket ettirdiği malzeme veya mekanik sistemin yataklanmasının yeterince iyi olmadığı durumlarda pnömatik silindir iş parçasına veya mekanik tahrik sistemine esnek kaplinlerle bağlanarak muhtemel eksenel kaçıklıklar kompanse edilir. Bazı uygulamalarda iş parçasının veya silindir milinin dönmemesi son derece önemlidir. Zira pnömatik silindirler genellikle dairesel profilde üretilir ve dolayısıyla piston ve piston mili grubu silindir kovanı içerisinde dönme hareketi yapabilir Silindir piston milindeki döndürme kuvvetlerinin çok yüksek olduğu durumlarda ikiz pistonlu silindirler veya yataklı silindirlerin kullanılır. Yataklama özelliğinin çok daha fazla olması istenen ve piston miline çok fazla dönme momenti etki eden uygulamalarda tek veya iki noktadan yataklanmış olan özel silindirler veya harici yataklama elemanları kullanılmalıdır. Pnömatik Silindirlerde Yastıklama Hareket eden kütleler, ataletlerinden ötürü kinetik enerjiye sahiptir. Bu hareket enerjisi, frenleme ve durma esnasında harcanmalıdır.
Şekil 33. Pnömatik silindirlerde yastıklama ihtiyacının hesaplanabilmesi için hareket eden kütlenin ve ilerleme hızının bilinmesi gerekir. Hareket halindeki kütlenin kinetik enerjisi; W= 1/2omov2 formülüyle hesaplanabilir. Silindirin yumuşak bir biçimde frenlemesi için dahili ve harici yastıklama metotları da kullanılabilir Harici yastıklama; - Egzozdan kısma - Mekanik yastıklama elemanları - Hidrolik şok emiciler - Oransal valfler -Pozisyonlama üniteleri kullanılarak yapılır.
Dahili yastıklamada ise silindirin iç yapısında entegre yastıklama elemanları bulunur. Silindirin iç konstrüksüyonu gereği strok sonuna yaklaşıldığında bölgesel ani basınç yükselmesi oluşturulur ve havanın yaylanma etkisi kullanılarak yastıklama yapılır. Strok sonu yastıklamada geri dönüş esnasında piston alanının küçülmemesi için dönüş yönüne doğru açık olacak şekilde bir çek valf yerleştirilir. Aşağıdaki tabloda silindirin anma ölçüsüne göre yastıklama kapasiteleri verilmiştir. Bu değerler, imalatçı firmaların kendi tasarımlarına göre değişiklik gösterebilir ve hesaplamalarda silindir imalatçısının vereceği tablo değerlen esas alınmalıdır. Silindir Çapı (mm)
2 3 4 5 6 8 1 1 5 2 0 0 3 0 0 6 0 0
2 0 0
Yastıkl ama Kapasi tesi (Joule)
0 2 7 1 3 6 1 2 . . 4 6 0 0 7 8 6 0 0
4 4 0
Tablo 2. Silindir çapına göre yastıklama kapasitesi
İdeal Yastıklama İdeal yastıklama, piston strok sonuna yaklaştığı ve yastıklamanın başladığı andan itibaren pistonun kesintisiz olarak ilerleme yönünde hareket etmesi ve strok sonunda darbesiz bir şekilde durması için gereken yastıklama ayarıdır. Bu durumda piston, olabilecek en çabuk şekilde frenler ve darbesiz bir şekilde durur. Ayarlanabilir yastıklamalı silindirlerde farklı yüklere göre yastıklama miktarını silindir ön ve arka kapak grubundaki entegre ayar vidaları yardımıyla değiştirmek mümkündür.
Pnömatik Silindirlerin Karakteristik Özellikleri ve Boyutlandırılması Endüstriyel uygulamalarda ve otomasyon sistemlerinde, birçok farklı tipte silindirler kullanılmaktadır. Özel veya genel amaçlı olarak kullanılacak silindirler, çok farklı ebatlarda olabilir. Ancak aşağıda belirtilen üç ana ölçü ile bir silindirin tipini genel olarak karakterize etmek mümkündür. - Piston çapı - Piston mili çapı
- Strok
Şekil 36. Pnömatik silindirlerin efektif yüzey alanları
Bir pnömatik silindirden elde edilen kuvvet, hava basıncı ile efektif piston alanının çarpımına eşittir. Elde edilen kuvvet, sürtünme (yaklaşık %5-10), karşı basınç, hava kaçakları ve pistonun üzerine etki eden toplam yükü yenerek pistonu hareket ettirir. Bir çift etkili silindirden elde edilen teorik kuvvet, aşağıdaki formülle hesaplanabilir. İlerleme Kuvveti: