Munkahenger

200 tonnás hidraulikus élhajlító munkahengere, a dugattyúrúd átmérője 20 cm-nél is nagyobb.
Ekkora méretű munkahengerekkel 2 cm vastag vaslemezek is hajlíthatóak. Egy ilyen gép üresjárati (terhelés nélküli) sebessége (dugattyúrúd mozgása) eléri 80 cm/s-ot.

Átmenő dugattyúrudas munkahenger jelképe (ISO 1219)

Kétoldali működtetésű, állítható véghelyzet-csillapítású munkahenger jelképe

A munkahenger egy olyan energiaátalakító eszköz, amely a bele áramló közeg nyomási energiáját alakítja át lineáris vagy forgó mozgássá. A közeg lehet sűrített levegő vagy hidraulika olaj (esetleg más folyadék).

Sűrített levegő használata esetén pneumatikus munkahengerekről, míg hidraulika olaj esetén hidraulikus munkahengerekről beszélünk. A két különböző működtető közeg egyben meghatározza a munkahenger kialakítását és az alkalmazási területét is. A sűrített levegő összenyomhatóságából, gyorsabb áramlási sebességéből adódóan a munkahenger kialakítása egyszerűbb és olcsóbb, nagy sebességekre képes és kisebb erők kifejtésére alkalmas. A hidraulika olaj viszont ezzel szemben nem összenyomható, lassabb áramlású és környezetre is veszélyes, emiatt a munkahenger kialakítása robusztus és nagyon drága, kisebb mozgási sebességekre képes, de hatalmas erők kifejtésére alkalmas, melyet nem csak mozgás közben, hanem inaktív állapotban is képes tartani.

Munkahengerekről beszélünk még:

• munkaközegváltó és/vagy nyomásfokozó: ezeknél az eszközöknél két kamra között mozog a dugattyú. A két közeg egymásnak adja át a nyomási energiát. Munkaközegváltó esetén a két kamra más típusú közeget tartalmaz, ezzel a megoldással lehet vegyes munkaközeggel működtetett rendszereket összekapcsolni (pl. pneumatikus és hidraulikus rendszerek). Nyomásfokozó esetén többnyire a két közeg azonos típusú, ebben az esetben a két kamra belső keresztmetszete eltérő, így a nyomó felületek különbségéből adódóan, a nagyobb felületet érő nyomás, a kisebb felületen fokozottan jelentkezik. Nyomásfokozót alkalmaznak a vízsugaras vágógépek folyadékpumpájánál, ahol néhány 100 bar nyomású hidraulikus olajból, 2000-4000 bar nyomású vizet állítanak elő.
• Pumpa és szívóhenger: ezen eszközök a lineáris mozgási energiát hasznosítják, oly módon, hogy a közegre szívó, nyomó vagy szívó és nyomó hatást gyakorolnak, pl. bicikli pumpa (a környezetből beszívja a levegőt, majd a kerékbe nyomja).

A munkahenger részei

Kétoldali működtetésű munkahenger felépítése, részei

	Elem	Megjegyzés
1	véghelyzet-csillapítás (jelen esetben fix)	szűkített járat, melyen a közeg lassabban tud átjutni, ezzel a véghelyzet közelében rúgó hatását kelti
2	tömítés	megakadályozza, hogy a két kamra között közegáramlás legyen
3	csúszógyűrű	a dugattyú megvezetésére szolgál puha fém esetleg teflon finoman megmunkált külső palást
4*	hengertest	magában foglalja az elő- és hátlapot
5*	dugattyúrúd	ez az elem teszi lehetővé, hogy a dugattyú mozgását hasznosítsuk finoman megmunkált felület jellemzi
6	ajakos tömítés	tömítés tulajdonsága, hogy a közeg „belekap” és így nekifeszül a felületeknek a jobb tömítés érdekében
7	szennylehúzó gyűrű	a dugattyúrúd felületére kívülről rákerülő szennyeződések ellen
8	siklócsapágy	dugattyúrúd megvezetésére szolgál finoman megmunkált felület és puhább anyagminőség jellemzi
9	elülső kamra	ha e kamra kerül nyomás alá, akkor a dugattyúrúd visszafele mozog
10*	dugattyú	a henger belső terének felosztása a dugattyúrúd keresztmetszeténél nagyobb felület biztosítása
11	állandó mágnes	a házra kívülről szerelt érzékelők számára jelzi a dugattyú helyzetét
12	hátulsó kamra	ha e kamra kerül nyomás alá, akkor a dugattyúrúd kifele mozog
13	csatlakozó menet	itt áramlik be a közeg a henger kamrájába szerelés megkönnyítése végett menetes csatlakozó hüvelyek részére

*: fő elem, nem minden munkahengernél található meg a három elem (pl. van dugattyúrúd nélküli).

A munkahenger működési elve

Egy pneumatikus munkahenger belseje mozgás közben

A munkahenger belsejébe áramló közeg nyomási energiája a dugattyú felületére nyomást gyakorol, majd az ebből származó erő (F=P*A) azt mozgásba hozza. A dugattyú mozgásának iránya attól függ, hogy melyik oldalról lesz nagyobb ez az erő, természetesen a mozgás irányával szemben levő kamra tartalmát hagyni kell kifele áramolni.

Az egyoldali dugattyúrúd kivezetéses munkahenger esetén a dugattyú felülete a dugattyúrúd felőli oldalon kisebb (a dugattyúrúd által lefedett keresztmetszet miatt), ha tehát a két kamara nyomása azonos, akkor a dugattyúrúd kifele mozog. A különböző felület jól használható, mivel vannak olyan esetek amikor csak az egyik irányban fontos a kifejtett erő nagysága (pl. prések, ahol csak a nyomás kifejtése fontos, a visszahúzás csak annyira, hogy elemelkedjen a munkadarabtól), a differenciál munkahenger pedig pontosan kétszer akkora erőt tud kifejteni a dugattyú kifele mozgása közben, mint a másik irányban.

A dugattyúrúd nélküli és az átmenő dugattyúrudas munkahengerek esetén a nyomás által kifejtett erő mindkét irányban (az azonos felület miatt) azonos.

A munkahengerek csoportosítása

• Működtető közeg szerint:
  • Pneumatikus
  • Hidraulikus
• Lökethossz szerint: (L: lökethossz, D: dugattyúrúd átmérője)
  • Kis löketű (L / D < 1)
  • Normál löketű (L / D < 15-30)
  • Nagy löketű (L / D > 30)
• Létrehozott mozgás alapján:
  • Lineáris
  • Forgó
• Véghelyzet-csillapítás szerint:
  • Véghelyzet-csillapítás nélküli: a szerkezetileg kialakított véghelyzetnél minimális védelem van a dugattyú és a hengertest „összekoppanása” ellen. Ezeknél a hengereknél fontos, hogy a vezérlésnél gondoskodjunk a megfelelő maximális sebességről vagy a véghelyzeteknél történő lassításról. Általában nagy sebességgel mozgó vagy olcsó munkahengerek.
  • Véghelyzet-csillapításos: a véghelyzet előtt egy kis szakaszon a közeg áramlási keresztmetszete korlátozódik, ennek köszönhetően mint rugó, fékező elem hat.
    • Állítható: a fojtást állítani lehet, általában tűszelepes. Könnyebben optimalizálható a kívánt szempontokhoz
    • Fix: szerkezetileg kialakított, nincs lehetőség állításra
• Működtetés szerint:
  • Egyoldali: csak az egyik mozgásirányba működtethető, a másik irányt vagy belső pl. rugó erő, vagy külső pl. gravitációs erő, súlyerő biztosítja.
  • Kétoldali: mindkét mozgásirányba működtethető
• Speciális kivitelek, felépítések szerint:
  • Dugattyúrúd mechanikus rögzítési lehetőségel: ennek szükségessége lehet pl. szállítási okok vagy egyéb üzemen kívüli állapotok
  • Hőálló: nagyon magas, vagy nagyon alacsony hőmérsékleti tartományokra optimalizálva
  • Korrózióálló: erős korrózió elleni védelemmel ellátott hengerek. A tömítések jobban zárnak, dugattyúrúd és a hengertest anyaga ellenáll a lúgos vagy savas kémhatásoknak, oxidációnak, ide tartozik pl. az eső elleni védelem
  • stb.
• Vezérelhetőség szerint:
  • Vezérelhető
  • Nem vezérelhető, pl. véghelyzet-csillapító, ütköző, sebesség és erő korlátozó

A hidraulikus és a pneumatikus munkahengerek összehasonlítása

	Pneumatikus munkahenger	Hidraulikus munkahenger
Ár	olcsóbb	drága
Kifejthető erő	kisebb erők	hatalmas erők
Megállítható tetszőleges helyzetben?	típustól függően lehetséges kisebb erők tartására alkalmas maximum 1/10 mm-es pontosság	igen erő tartására alkalmas akár μm-es pontosság
Egyenletes mozgási sebesség	nem igazán terheléstől és típustól erősen függ	igen
Méretek	kisebb, egészen kis méretek	többnyire robusztus méret
Kenés	gyors, gyakori mozgások esetén szükséges levegőbe porlasztott olaj	kenés a hidraulika olaj által biztosított
Működtető közeg és jellemzői	sűrített levegő kis nyomás (4-16 bar) szükség szerint olajporlasztással nem igazán jelent veszélyt sem az azt használóra sem a környezetre	hidraulika olaj nagy nyomás (20-400+ bar) igen veszélyes az azt használóra és a környezetre egyaránt csatlakozók rugós visszacsapó szeleppel szerelve erős burkolatú házak működés közben nem szabad szerelni sem a csatlakozó csöveket leválasztani!
Alkalmazási terület	gyártósorokon: pl. csomagolás, válogatás, stb. kisebb terheléseknél légrugóként építőiparban: légkalapács	gépiparban: prések, élhajlítók, lemezollók, stb. építőipari gépeknél: daruk, anyagmozgató gépek, markolók, stb. zsilip kapuknál nagyon magas épületek kilengéseinek kompenzációjához
Dugattyú hasznos felülete a dugattyúrúd keresztmetszetéhez képest	sokszoros	többnyire minimális a dugattyúrúd felőli oldalon
Dugattyúrúd anyaga	elég változó, többynire acél lehet akár alumínium vagy műanyag is	szinte minden esetben ötvözött, felületkezelt acél
üzemi hőmérséklet-tartomány	rosszabb mint a hidraulikus munkahengereké szerkezetileg kell megoldani a hűtést, fűtést munkaközeg nem igazán használható hőközlésre vagy hőelvonásra	jó, széles hőmérséklet-tartomány a munkaközeg jó hővezető, hőközlésre és hőelvonásra alkalmas
Karbantartás	gyors mozgások miatt gyakrabban szükséges (tömítések kopása) többnyire olcsó és egyszerű	ritkábban van szükség rá a tömítések kismértékű áteresztése sem jelent "jelentős hibát", mivel többynire a dugattyú tömítései kopnak el, és csak a kifejtett erő csökken a kamrák közötti közegátáramlás miatt többnyire (nagyon) drága és nem egyszerű

Típusok

A munkahengerek felépítése a pneumatikus és a hidraulikus munkahengereknél igen hasonló, az eltérés többnyire a működtető közeg fizikai tulajdonságából adódik.

A típusok felosztása és jellemzőik:

• Vezérelhető hengerek:
  • dugattyúrudas hengerek: (legelterjedtebb típus)
    • létezik Szabványos és nem szabványos változata is
    • véghelyzetek száma szerint:
      • nincs meghatározható véghelyzete (pl. légkalapács)
      • két állású
      • három állású
      • 4 állású (pl. két munkahenger a hátlapjukon egymáshoz szerelve)
    • átmenő dugattyúrudas munkahenger (kétoldali dugattyúrúd kivezetéses)
      • tömör dugattyúrudas
      • dugattyúrúd átmenő furattal (folyadékok, gázok és vákuum szállítására)
    • teleszkóphenger
      • a dugattyúrúd több részből áll, melyek egymásba illeszkednek
      • nagy lökethossz, és a lökethosszhoz képest kis hosszúság jellemzi
      • hidraulikában használatos, általában hidraulikus emelőszerkezetekben használják
    • membrán hengerek:
      • pneumatikában használják, jellemzői: nagy erők kifejtésére alkalmas, lapos kivitelű, egyoldali működtetésű, nagyon kicsi lökethossz jellemzi (kb. max. a dugattyúrúd átmérőjének a fele)
      • általában tárgyak megfogására, befogására használják
  • dugattyúrúd nélküli hengerek:
    • mechanikus csatlakozással
      • a dugattyú és a mozgató rész között szalag tartja a kapcsolatot
      • a dugattyúrúd közvetlenül van egybeépítve a mozgatott résszel
    • mágneses csatlakozással: a mozgatott rész és a dugattyú között mágneses erő tartja a kapcsolatot. Jól pozicionálható és egyszerű szerkezeti felépítés jellemzi.
  • tömlőhengerek:
    • pneumatikában használják, az átmérő és a hossz arányának függvényében húzó- vagy nyomó erő kifejtésére alkalmas:
      • húzó erő kifejtésére alkalmas, akkor ha a palást felülete nagyobb mint az átmérő által meghatározott felület (a nyomás a palást falán fejti ki a hatását)
      • nyomó erő kifejtése esetén pont fordított a felületek aránya, vagyis a palást felülete kisebb, mint az átmérő által meghatározott felület.
  • forgató vagy átrakó hengerek:
    • fogaskerék-fogasléces:
      • jellemzők:
        • elfordulás szöge: párszor 360°
        • a dugattyúrúd mint fogasléc funkcionál, amely meghajtja a fogaskereket
        • fogaskerék méretétől, fogszámától és a dugattyú felületétől függően nagy nyomatékok leadására is képes
        • a tengely lehet átmenő furatos is (vákuum számára)
    • lamellás:
      • Jellemzői: az elfordulás szöge többnyire nem haladja meg a 270°-ot, de a felépítésből adódóan mindenképpen kevesebb mint 360°; dugattyú helyett lamella (lapát) van, amely a kihajtott tengelyhez van rögzítve, és azzal együtt forog; a tengely lehet átmenő furatos is (pl. vákuum számára); többnyire munkadarabok vákuumos átrakására használják.
• Nem vezérelhető hengerek:
  • véghelyzet-csillapító, ütköző
    • jellemzően pneumatikában használt elem
  • sebesség- és erő korlátozó
    • jellemzően pneumatikában használt elem

A munkahenger rögzítése

A dugattyúrúd és a hengertest megfelelő rögzítése teszi lehetővé a kettő egymáshoz viszonyított relatív mozgását. A beépítés módjának helyes megválasztása nagyon fontos. Nem helyes megválasztás esetén a munkahenger nem kap elég szabadságot a mozgásához, melynek hatása a mozgó alkatrészek találkozásánál idő előtti kopások formájában jelentkezik. Ez jobb esetben csak a tömítések idő előtti elkopását vonja maga után, rosszabb esetben a hengertest belső fala, a dugattyú, a dugattyúrúd és a csúszó csapágyak idő előtti elhasználódását vagy akár a mozgó elemek befeszülését is eredményezheti.

Rögzítés a hengertesten

Sablon:SzakaszFormaFix rögzítés: Sablon:SzakaszFormaA hengertest szabadsága teljesen le van kötve, ha ezt a megoldást választjuk, akkor gondoskodni kell:

• a dugattyúrúd és a mozgatott elem közötti kapcsolat szabadságáról, vagy
• a mozgatott elem minél tökéletesebb megvezetéséről

rögzítés az előlapnál	rögzítés a középső részen	rögzítés a hátlapnál	rögzítés az elő- és hátlapon

Csuklós rögzítés: Sablon:SzakaszForma Lehetséges mozgások:

• a csap tengelye körül forgás
• gömbcsukló esetén még a gömbi középpont körül bármely irányba történő kismértékű elfordulás

rögzítés a középső részen	rögzítés a hátlapnál	rögzítés a hátlapnál gömbcsuklósan

A dugattyúrúd és a mozgatott elem között

Sablon:SzakaszFormaFix rögzítés: Sablon:SzakaszFormaA dugattyúrúd és a mozgatott elem között nincs elmozdulási lehetőség
Sablon:SzakaszForma

Csuklós rögzítés: Sablon:SzakaszForma A dugattyúrúd és a mozgatott elem között

• tengelyirányú forgás
• gömbcsukló esetén még a gömbi középpont körül bármely irányban történő kismértékű elforgás

rögzítés csuklósan	rögzítés gömbcsuklósan

Fizkai egybeépítés nélkül: Sablon:SzakaszForma A dugattyúrúd csak löki és/vagy húzza a mozgatott elemet, szoros fizikai kapcsolat nincs
Sablon:SzakaszForma Sablon:SzakaszForma

Lásd még

• Pneumatika
• Hidraulika
• Vezérléstechnika

Források

• Bevezetés a Pneumatikába (FESTO, részlet)PDF
• Bevezetés a Hidraulikába (FESTO, részlet)PDF

Külső hivatkozások