Pneumatiska cylindrar med kolvstångslåsning ger möjlighet till stopp av rörelsen i industriella applikationer för bättre systemsäkerhet

Franck Roussillon, produktchef för cylindrar, Parker Hannifin Automation Group

Säkerhet är alltid ett krav i automatiska applikationer. Självklart skall man undvika skada på den produkt som monteras eller tillverkas och, framför allt, för att minska risken för personskada på maskinoperatörer och andra som vistas i närheten. Därför måste systemet se till att utrustningen lämnas i säkert läge vid alla avbrott i driften.

Den vanligaste orsaken till fel i en process är ett avbrott i energiförsörjningen till systemet, i motsats till haveri och permanenta fel på en eller flera komponenter i systemet. I industriell automation kan energiförsörjningen vara antingen elektrisk, hydraulisk eller pneumatisk. I mindre välskötta försörjningssystem är risken för fel större, vilket gäller för såväl elektrisk som hydraulisk och pneumatisk energiförsörjning. Vid elektrisk energiförsörjning, mer sofistikerade applikationer och sådana där konsekvensen av avbrott i strömförsörjningen skulle var farliga eller kostsamma, t ex inom läkemedel och tung industri, kan s k UPS:er och generatoraggregat klara försörjningen under perioder med avbrott i ordinarie energiförsörjning. Detta går inte att lösa vid hydrauliska eller pneumatiska system.

Hydrauliska och pneumatiska system används ofta i fall där en last ska flyttas från A till B eller bara ska hållas under en viss tid. I den här artikeln fokuserar vi på pneumatiska system, där energibortfall oftast orsakas på grund av ett avbrott eller ett väsentligt tryckfall i luftförsörjningen. Detta kani sin tur orsakas av antingen fel i kompressor eller annan utrustning i systemet eller av ett större avbrott eller läckage i matningsledningen.

Cylindrar med kolvstångslåsning har använts av företag som Parker Hannifin i tryckluftapplikationer där säkerheten är väsentlig och felsäkerhet ett krav. Typiska applikationer är tex materialhantering eller krav på positionering inom tillverkningsindustrin.

Pneumatiska cylindrar såsom Parkers ISO-cylinder P1D har tagits fram för att hålla lasten på plats på ett säkert sätt vid avbrott i tryckluftsförsörjningen. Kolvstångslåsningen utgörs av den patron kolvstången passerar genom och är transversalt monterad på cylinderns kolvstång. Om fel uppstår, vilket indikeras av uteblivet signaltryck, trycker kraften från ett antal inbyggda fjädrar mekanismen för att låsa kolven med låskäftar. Cylindrar som Parkers P1D-H kan bara användas i applikationer med torra kolvstänger eftersom eventuellt fett, smörjmedel eller kylvätska sänker låsningens effektivitet.

Kolvstångslåsande cylindrar finns i två modeller, en för dynamiska applikationer, Parkers modell P1D-L, den andra för statiska konstruktioner, Parkers modell P1D-H. Bägge kan hålla kolven i valfritt läge utefter slaglängden. Låsmekanismen släpper när lufttrycket kommer tillbaka, så att normal drift kan återupptas. Viktigt är att cylindrar med kolvstångslåsning inte används som enda säkerhetskomponent i en applikation, eftersom de endast är avsedda för nödläge och andra tekniska lösningar ska användas för planerade inbromsningar och hållägen av systemet. Parkers cylindrar med kolvstångslåsning är luft/fjäder-aktiverade med mekanismen inbyggd i cylindern för att spara utrymme och få enkel och snabb installation.

Dynamiska applikationer
Vissa cylindrar med kolvstångslåsning kan användas i dynamiska applikationer, dvs att de inom vissa begränsningar kan användas för att positionera kolvstången och stanna i ett visst läge.

Parkers P1D-L är ett exempel på en dynamisk cylinder med kolvstångslåsning, baserad på kolvens axiella rörelse. När det inte finns något signaltryck aktiverar ett antal kraftiga fjädrar kolvens axiella rörelse. Denna rörelse appliceras på systemet med den koniskt formade inre ringen på kolven och överförs till en radiell rörelse av ett antal låshylsor via hundratals stålkulor med mycket hög precision. Resultatet blir att de härdade stållåshylsorna pressas mot kolvstången med en hög och stabil kraft.

Ytan på låshylsorna applicerade mot kolvstången har en särskild form med ett spårmönster som ger maximalt grepp. Denna konstruktion ger cylindern betydligt bättre hållkapacitet, framför allt i applikationer där det finns risk för att kolvstången exponeras för olja, fett eller annan vätska och föroreningar.

Statiska applikationer
I statiska applikationer, där kolvstångslåsningen endast aktiveras när kolven inte rör sigoch det inte finns någon trycksignal, är kolvstångslåsningen som på Parkers serie P1D-H normalt extern i förhållande till huvudcylindern och flänsmonterad på cylinderrörets främre gavel.

Låskraften skapas av patronen som är monterad tvärs stånglåsningen. Kolvstången passerar genom patronen, och när det inte finns något signaltryck trycker kraften från de inbyggda fjädrarna centrummekanismen så att den låser kolven med låskäftar mot kolvstången och håller cylindern stadigt och säkert i läge.

På en statisk cylinder med kolvstångslåsning skadas låskäftarnas skarpa kant om kolvstången inte stannar innan låsningen aktiveras.