Die Vorteile der Pneumatik sind, dass ...
Diese Vorteile und viele weitere interessante Informationen wollen wir dir mit dem Baukasten Strong Pneumatics erläutern. Zudem wollen wir dir aufzeigen, wie die pneumatischen Komponenten funktionieren. Dazu erklären wir Schritt für Schritt die einzelnen Bauteile und zeigen wie sie arbeiten. Außerdem sind im Baukasten zahlreiche Modellbeispiele enthalten, die darstellen, wie Pneumatik eingesetzt werden kann.
Eine pneumatische Anlage besteht aus fünf Teilsystemen.
Druckluft kann mit einem Kompressor, Verdichter oder einer Luftpumpe erzeugt und in Druckluftflaschen und anderen Druckbehältern gespeichert werden.
Jetzt fährst du den Kolben des Zylinders nochmal aus indem du wieder deinen blauen Schlauch, der mit dem Kompressor verbunden ist, an den Anschluss A ansteckst und Druckluft zuleitest. Nachdem die Kolbenstange ausgefahren ist, wechselst du den Schlauchanschluss auf B und hältst dabei den Anschluss A mit dem Finger zu.
Beobachtung:
Die Kolbenstange lässt sich nur ein kleines Stück hineindrücken. Weißt du auch warum?
Erklärung:
Da du mit deinem Finger den Luftanschluss A zugehalten hast, kann die Luft im Zylinder nicht entweichen. Aber die Luft lässt sich zusammendrücken. Aus diesem Grund wurde die Kolbenstange ein bisschen hineingedrückt. Je mehr Luft zusammengepresst wird, desto größer wird der Druck im Zylinder. Diesen Druck kann man mit einem Manometer messen. Die Einheit für den Druck ist „bar“ oder „Pascal“. Die Höhe des Drucks lässt sich auch berechnen. Die Formel zur Berechnung der Höhe des Drucks lautet:
Druck = Kraft/Fläche oder kurz gesagt p = F/A
Mit der Formel kannst du erkennen, dass die Höhe des Drucks davon abhängig ist, wie viel Kraft man auf die runde Fläche im Zylinder ausübt.
Wie du in deinen Versuchen erkannt hast, ist es ziemlich umständlich, die Schläuche immer wieder umzustecken. Diese Arbeit wird dir von Ventilen abgenommen, die dir im nächsten Kapitel genau erklärt werden.
Verbinde den Kompressor, der bereits an den Batteriehalter angeschlossen ist, mit einem deiner Ventile. Nimm dazu ein Stück des blauen Schlauches und befestige ihn am Schlauchanschluss des Kompressors und am Anschluss P des Ventils. Die anderen Anschlüsse lässt du frei. Stelle den blauen Schalter des Handventils auf die Mitte und schalte den Kompressor ein.
Beobachtung:
Es passiert überhaupt nichts.
Erklärung:
Wenn du den Schalter des Handventils auf die Mitte stellst, sind die Anschlüsse verschlossen und die Luft kommt nirgends durch.
Drehe den Schalter des Ventils nun nach rechts und schalte wiederum den Kompressor ein. Tippe währenddessen mit einem Finger immer auf die freigelassenen Stutzen A und B. Mache dasselbe, wenn du den Ventilschalter nach links gedreht hast.
Beobachtung:
Die Luft strömt immer durch den Anschluss A wenn du den blauen Schalter des Ventils nach rechts drehst und durch den Anschluss B wenn du den Schalter nach links drehst.
Erklärung:
Die Abbildung hilft dir zu verstehen, wie die Luft durch das Ventil fließt, wenn du die Schalter in die verschiedenen Richtungen drehst. Der blaue Strich ist hierbei die Druckluft, die durch das Ventil strömt. Die schwarzen Linien zeigen dir, wie die Luft fließt, die vom Zylinder zurückkommt.
Das Ventil besitzt also vier Anschlüsse und drei Schaltstellungen (Mitte – Links – Rechts). Aus diesem Grund wird das Ventil in der Pneumatik als 4/3-Wege-Ventil bezeichnet.
Baue das Funktionsmodell und führe die folgenden Versuche durch:
Du siehst, die Abluftdrossel hilft dir dabei, die Aus- oder Einfahrgeschwindigkeit des Zylinders einzustellen.
Was passiert jetzt aber, wenn der Scherenhubtisch eine größere Last wie z. B. eine Tasse oder ein Buch zu tragen hat? Kannst du die Hebebühne noch nach oben fahren lassen? Versuche herauszufinden, mit welchem Gewicht du die Hebebühne belasten kannst, damit sie das Gewicht gerade noch anheben kann. Trage hierzu die Werte in die nächste Tabelle ein.
TABELLE
Hast du eine Idee wie die Hebebühne noch schwerere Gewichte heben kann? Überlege dir, wie die Hebeleistung des Scherenhubtisches vergrößert werden kann.
Lösung:
Wenn die Kraft eines Zylinders nicht ausreicht, um schwerere Lasten zu heben, dann nimm dir einen zweiten Pneumatikzylinder dazu.
Entwickle und baue dir eine eigene pneumatische Spannvorrichtung mit einem Zylinder (ohne Bauanleitung). Hast du eine Idee, wie das funktionieren könnte? Falls nein, findest du unseren Vorschlag in der Bauanleitung.
Nachdem du das Modell aufgebaut hast, hast du bestimmt auch schon den Kompressor eingeschaltet und am Schalter des Ventils gedreht.
Schalter nach rechts = Spannen
Schalter in Mittelstellung = Spannung halten
Schalter nach links = Spannung lösen
Wenn du den Kompressor wieder ausgeschaltet hast, kannst du mit Aufgabe 2 ein Werkstück (Baustein 30) fachmännisch korrekt in deiner pneumatischen Spannvorrichtung festklemmen.
Kompressor ist ausgeschaltet.
1. Ventilschalter in Mittelstellung drehen
2. Werkstück einlegen.
3. Kompressor einschalten
4. Ventilschalter nach rechts drehen
5. Ventilschalter in Mittelstellung drehen
6. Kompressor ausschalten
Jetzt ist dein Werkstück für eine Bearbeitung pneumatisch eingespannt.
Du wirst fragen: „Wozu den Schalter in Mittelstellung bringen?“
Jeder pneumatische Anschluss und jede Leitung verlieren ein wenig Luft. In der Mittelstellung ist die Leitung zum Kompressor getrennt und der Druckluftverlust von dieser Seite reduziert.
Um beim ersten Modell die Spannvorrichtung ganz zu öffnen, musstest du den Kompressor wieder einschalten. Das ist umständlich – findest du nicht? Im ersten Modell war dein Kompressor ohne Luftspeicher, direkt an den mittleren Anschluss des Handventils angeschlossen. In unserem nächsten Modell bauen wir nun zwei Luftspeicher ein. Das bedeutet für das folgende Modell, dass die Druckluft vom Kompressor nicht direkt zum Handventil, sondern zu den weiteren Zylindern geleitet wird. Diese Zylinder werden folglich mit Druckluft gefüllt und speichern diese.
Baue nun in dein einfaches Modell zwei Zylinder als Luftspeicher ein. Wenn du nicht genau weißt, wie du die Luftspeicher in dein Modell einbauen sollst, nimm dir deine Bauanleitung zur Hilfe.
Lege nach dem Umbau des Modells dein Werkstück (Baustein) in die Spannvorrichtung ein. Drehe den Schalter des Handventils in die mittlere Stellung. Schalte den Kompressor ein und beobachte wie sich die Kolben im Zylinder nach oben bewegen, während sie sich mit Druckluft füllen. Gibt der Kompressor einen gleichmäßigen Brummton von sich, so hat sich ausreichend Druck aufgebaut und du kannst in wieder ausschalten.
Jetzt kommt der Moment, für den sich der Umbau gelohnt hat.
Ventilschalter ist in Mittelstellung, Druckspeicher ist gefüllt und der Kompressor ist ausgeschaltet.
1. Werkstück einlegen
2. Ventilschalter nach rechts drehen
3. Ventilschalter in Mittelstellung drehen –> Werkstück ist festgespannt
4. Zum Entspannen musst du einfach den Ventilschalter nach links drehen
Beobachtung:
Hast du den Unterschied zum ersten Modell bemerkt? Der Zylinder ist beim Entspannen komplett zurückgefahren, ohne den Kompressor nochmals einzuschalten. Du kannst sogar noch ein zweites Mal dein Werkstück spannen und entspannen. Weißt du auch warum?
Erklärung:
Dein Kompressor kann in den zwei Zylindern zusätzliches Luftvolumen auf Vorrat speichern und bei Bedarf an den Spannzylinder abgeben.
All diese Themen und Versuche haben dir nun die Welt der Pneumatik nähergebracht. Du siehst, die Pneumatik hat es ganz schön in sich und ist sehr interessant. Im nächsten Kapitel kannst du dich den Spielmodellen des Baukastens Strong Pneumatics zuwenden.
Der Baukasten Strong Pneumatics enthält neben den Funktionsmodellen drei weitere Modelle mit spannenden Spielfunktionen. Es handelt sich hierbei um die realitätsnahen Modelle Frontlader, Baumstammgreifer und zweifacher Kreiselschwader. Auch hier baust du den Kompressor wieder in dein Modell ein und verbindest ihn mit deinen Pneumatikventilen und -zylindern. Über die Handventile hast du dann z. B. die Möglichkeit die Greifarme deines Baumstammgreifers von Hand zu steuern. Auch die Abluftdrossel steuert durch die Möglichkeit, die Schnelligkeit der Bewegungen zu steuern, zu einer realitätsnahen Abbildung bei.
Funktionen wie diese werden in der Realität allerdings nicht pneumatisch, sondern mit Hilfe der Hydraulik ausgeführt. In der Hydraulik verwendet man Öl anstatt Luft um die Zylinder zu bewegen. Im Gegensatz zur Luft lässt sich Öl nicht zusammendrücken wodurch wesentlich höhere Kräfte übertragen werden können. Für deine Spielmodelle des Baukastens Strong Pneumatics reicht die Kraft der Pneumatik aber völlig aus. Sie ist außerdem besonders sauber, schnell, zuverlässig und vor allem spannend.
Viel Spaß beim Bauen und Spielen.
Wenn eines deiner Modelle nicht richtig funktionieren sollte, dann beachte bitte folgende Tabelle. In dieser findest du eine Auflistung möglicher Fehler und dazugehöriger Fehlerursachen. Zudem möchten wir dir mit der Tabelle Tipps geben, wie du im Einzelfall die Fehler beheben kannst.
TABELLE