Servo-Pneumatik mit Fischertechnik?

[atzensepp]

Ich habe es nicht geglaubt. Aber wie Stefan schon vermutet hat, lässt sich eine 5/2-Ventil-Topologie tatsächlich auch mit Schlauch-Klemmen aufbauen. Ein leichtgängiges Servo-Ventil, das durch Verschiebung des mittleren Bausteins feinfühlig steuern lässt. Und der parasitäre Druckverlust ist gering. In Anschlagstellung liegt der volle Pumpendruck am Kolben.

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Die Schläuche am verschiebbaren mittleren Stein sind mit T-Stücken verbunden. Der obere mit Eingang A eines Arbeitszylinders, der Untere mit Eingang B verbunden. Druckanschluss mit den diagonalen Schlauchanschlüssen verbunden. Die anderen Beiden gehen in die Atmosphäre bzw. man könnte sie an einen Tank klemmen.

Etwas schade ist natürlich, dass dieses Servo-Ventil etwas groß ist. Dafür kann es mit wenig Standard-Fischertechnik gebaut werden und als Demo für eine Servo-Valve genutzt werden.

Als nächstes kann ein Servo und ein Wegmesser dran gebaut und das Ganze mit einem Arduino geregelt werden.

[atzensepp]

Servo-Ready-Version:

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[atzensepp]

Die Servo-Ready-Version ist doch nicht so geeignet, weil durch den Durchmesser der Drehscheibe ein großer Hebel entsteht, der eine größere Stellkraft erfordert. Habe eine Ansteuerung mit Hebeln versucht. Hat aber größeren Bauaufwand erfordert.
Die lineare Version hingegen lässt sich dagegen mit verhältnismäßig kleinem Aufwand elektrifizieren:

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Parallel arbeite ich noch daran, das Drehschieber-Ventil abzudichten. Ein erster Versuch mit einer selber gegossenen Silikondichtung. Die Messingteile werden vorher in die Form gesteckt und danach das Silikon reingedrückt. Auswärtezeit 48h:

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Die Dichtung ist tatsächlich besser als Messing auf Messing oder Messing auf Plastik. Aber bei "Vollsperrung" wird das Silikon etwas auseinander gedrückt und Luft bläst neben aus. Evtl. muss die Dichtung gedrückt werden, damit sie vollkommen schließt.

[Harald]

Ja, an dieser Stelle war ich auch schon.

Die Dichtung braucht etwas Druck. Aber nicht vom Gehäuse oder einer Einspannung, sondern von der Luft. Sprich: du brauchst eine Dichtlippe, die auf der Druckseite an der Wand anliegt (--> je drücker, desto dichter!). Das kostet gleich ein paar Millimeter Bauhöhe. Und siehe da: die Festo-Zylinder machen das auch so.

Wie man da hin kommt, ist allerdings die Frage. Ich habe seinerzeit Förmchen aus Teflon (das weiche weiße) und PP (? -- ein Schneidbrett aus der Küchen gemopst) in die Drehbank gespannt und mit dünnen selbstgeschliffenen Drehmeißeln die Negativformen ausgedreht und dann mit Bausilikon ausgefüllt. Eine schöne Schmiererei, Luftblasen muss man nach innen ableiten (Bohrungen ins Förmchen). Und man braucht Ober- und Unterschale. Die aufeinander zentriert werden müssen. Und wenn die zu dicht sind, braucht das Silikon ewig zum aushärten.

Und schmieren muss man nachher trotzdem. Silikon und Fahrradketten- oder Nähmaschinenöl verträgt sich nicht auf Dauer, das Silikon wird irgendwann zu Marmelade. Das kann aber auch von Marke zu Marke (Öl und Silikon) verschieden sein.

Gruß
Harald

[atzensepp]

Hallo Harald,

vielen Dank für Deine Erläuterungen. Eigentlich logisch, dass man da mit Druck auf die Dichtung arbeiten muss. Ist ja beim Wasserhahn auch so, dass die Stopfbuchse für die Achsdurchführung angezogen werden muss.
Wäre das evtl. eine Möglichkeit? Ich bräuchte aber radiale Luftkanäle in der Dichtung. Auf den zweiten Blick scheint das Drehschieberkonzept nicht so toll zu sein. Evtl. ist ein Linearkolben dann besser. Da könnte man das so machen wie bei den Festo-Zylindern.
Wie hattest Du die Dichtungen bei Deinen Hubzylindern realisiert?

Übrigens als Schmierung verwende ich Armaturenfett. Das sollte m.E. silikonverträglich sein. Vaseline könnte dagegen schon wieder grenzwertig sein.

Grüße
Florian

[atzensepp]

Hallo Harald,

der Stopf-Trick scheint zu funktionieren. Drehe ich das Ventil auf Geschlossen, höre ich ein hohes Pfeifen. Drücke ich die Dichtung, veschwindet es und der Kompressor pumpt gegen die Dichtung an. Also so wird es vermutlich klappen.

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Grüße
Florian

[Harald]

Das sind die Teile und Halbzeuge:

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Oben: Plexiglasscheiben, mit der Fräse auf einem Dorn rund gedreht (sowas druckt man natürlich heutzutage).
Rechts oben: einfach wirkender Zylinder: der Kolbenboden hat Löcher, in denen das Silikon Halt findet.
Linke Seite: doppelt wirkender Zylinder, der Kolbenboden hat zwei Scheiben mit je einer Dichtung.

Rechts und Mitte: Gussformen in diversen Kalibern, die Kolben und Endteile sind gedruckt (gelb/rot: ABS vom Auftragsfertiger; violett: aus dem ersten eigenen Drucker).

Unten, in rot: Gussform als vierteiliger Satz, Symmetrierung von außen (in diese Ohren kommen die Röhrchen vom gemeinen Wattestab).

Für die Ventile zur Ansteuerung habe ich reichlich Versuche gemacht und keinen "Prinzen" hervorgebracht. Auf dem Ventil von LEGO habe ich auch ne Weile herumgekaut, dann aber die Lust daran verloren und grünere Weiden gesucht.

Gruß,
Harald

[atzensepp]

Hallo Harald,

da hast Du schon viel Zeit reingesteckt und es sieht ziemlich eindrucksvoll aus. Schappoh! Nicht alle Teile erschließen sich mir und eine Beschreibung der Herstellung wäre sicher interessant. Hattest Du den Herstellungsprozess evtl. schon irgendwo schon veröffentlicht (z.B. ft-Pedia )? Mich würde da ein Nachbau interessieren.
Grundsätzlich scheint es so zu sein, dass Du mit den Formen Silikondichtungen hergestellt hast.

Der doppelt wirkende Zylinder ließe sich m.E. gut in ein Servo-Ventil wie in Wikipedia beschrieben umbauen. Du müsstest nur 2 Kolbendichtungen rein setzen und ein paar Löcher und Anschlüsse dran machen. Aber vielleicht hast Du das ja schon ausprobiert.

Wie hast Du eigentlich die Achs-Dichtung realisiert? Die ist ja auch bei den ft-Zylindern leicht undicht.


Grüße
Florian

[atzensepp]

Ich komme immer wieder auf die Quetsch-Ventillösung zurück. Jetzt mit stabilisierter Servo-Halterung.

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Hier die Verteiler-Gruppe:

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Und Anwendung im Trainingsroboter. Ich bin erstaunt, was die Pneumatik so bewegen kann. Also der kleine Servo kann den Arm definitiv nicht heben.

Für den vorderen Arm können zwei große Pneumatik-Zylinder in Serie geschaltet werden. Für einen gleichzeitigen zweiten Aufbau fehlen mir noch die T-Verteiler. Sonst könnte ich den Roboter pneumatisch steuern. (Der XM-Motor wird nur als Gegengewicht verwendet)

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[Harald]

Nicht alle Teile erschließen sich mir und eine Beschreibung der Herstellung wäre sicher interessant. Hattest Du den Herstellungsprozess evtl. schon irgendwo schon veröffentlicht (z.B. ft-Pedia )?

Es gab dazu Diskussionen im Vorgänger-Forum, und Michael (sannchen90) hat sich auch damit angesteckt und Zylinder gebaut. Wir hatten ein "Pneumatik-Museum" zusammengestellt, was aber auch schon dahin gegangen ist.

Grundsätzlich scheint es so zu sein, dass Du mit den Formen Silikondichtungen hergestellt hast.

Das ist vielleicht im langen Satz untergegangen: "... die Negativformen ausgedreht und dann mit Bausilikon ausgefüllt." -- Also: ja, das Geschmiere ist Silikon.

Der doppelt wirkende Zylinder ließe sich m.E. gut in ein Servo-Ventil wie in Wikipedia beschrieben umbauen. Du müsstest nur 2 Kolbendichtungen rein setzen und ein paar Löcher und Anschlüsse dran machen. Aber vielleicht hast Du das ja schon ausprobiert.

So ein Zylinder ist zu sperrig und braucht zuviel Weg. Dann lieber ein paar Ringe mit viereckigem Querschnitt (also: ein Rechteck im Kreis extrudieren; besser noch: ein magersüchtiges Rechteck) mit Abstandhaltern auf ein Messingrohr setzen und das dann in einem größeren Rohr verschieben, à la Korken auf dem hohlen Spieß in einer Blockflöte.

Wie hast Du eigentlich die Achs-Dichtung realisiert? Die ist ja auch bei den ft-Zylindern leicht undicht.

Das war anfangs ein Stück Silikonschlauch mit 4 mm Innenmaß, was aber zu schlabberig saß. Dann eben ein Pfropf aus Silikon, der um ein Röhrchen mit Untermaß gegossen wurde. Noch mehr Schmiererei. Insgesamt ist -zigfach mehr Silikon in angebrochenen Tuben hart geworden als irgendwo verbaut wurde.

Mich würde da ein Nachbau interessieren.

Ich hab da was besseres in der Mache. Vergiss das Silikon. TPU rulez!

Gruß,
Harald

[juh]

Ich hab da was besseres in der Mache. Vergiss das Silikon. TPU rulez

Hallo Harald,
hast du schon einmal versucht, so eine selbstanschmiegende Dichtlippe mit U-förmigen Profil a la Festo mit TPU zu drucken?

vg
Jan

[Harald]

Hallo Jan,

jaaa, hab ich. Und der Prototyp funktioniert, auch wenn er noch gaanz langsam leck schlägt!

In Kurzfassung (ich will den Faden hier nicht kapern, und die Langfassung ist noch nicht so weit):

Drucken, als ob man transparente Optik drucken wollte, d.h. frei von Blasen und 100% Material (--> Stichworte fürs Suchen). Also:
- - Schichtdicke auf 0,1 mm runter
- - Max Vorschub 50 mm/s
- - Temperatur so ~10°C niedriger
- - Infill: 100%
- - Füllmuster: concentric
- - Wandstärke: im horizontalen Schnitt immer ganzzahlige Vielfache des Düsendurchmessers (bei mir 0,25 mm), ggf Aufmaß (Prusa sagt: 0,53 mm für zwei Bahnen)

CAD 1: Dichtung: es braucht eine hervorstehende Lippe, die von der Luft an die Wand gedrückt wird. Entweder wie bei Festo nur eine Lippe am oberen Rand eines Topfs. Oder wie bei mir, mit einer Lippe überall da, wo die Luft hinaus kann, also an der umlaufenden Dichtung außen unten und noch eine außen oben:

P-Dichtung16.png (25.02 KiB) 911 mal betrachtet

.
CAD 2: Kolben und Deckel/Boden: in PETG (etwas elastisch), massiv, langsam und in dünnen Schichten; außer dem Kolben: stramm auf Maß (Plexiglasrohr ist nur rund, wenn es muss).

Nachbearbeitung(!) in die Drehbank oder Bohrmaschine einspannen und ein paar Umdrehungen lang einen Wetzstein an der Lippe entlang schleifen lassen.

Deckel/Boden einkleben: Nicht mit Sekundenkleber o.ä. sondern mit Gummikleber ("flüssige Naht", "Zeltkleber"). Der hält, was zu halten ist, wirkt als Sollbruchstelle und das Teil kann zerstörungsfrei wieder geöffnet werden, wenn etwas nicht funktioniert.

Gruß,
Harald

[juh]

Hallo Harald,

danke für die detaillierte Antwort. Für welchen Innendurchmesser machst du das?

Ich hatte so etwas wie das U-Profil von Festo mal probiert für 13mm ID mit 0,4 Düse und einer Schicht. Das hielt eigentlich recht vielversprechend, war aber wegen Stringing nie so recht dicht. Vielleicht hätte auch schon deine Nachbearbeitung geholfen. Ich hatte das dann zugunsten von O-Ringen aus NBR aufgegeben, die grundsätzlich gehen, aber natürlich viel anfälliger gegenüber Fertigungstoleranzen des Zylinders sind. Bin gespannt auf deinen vollständigen Bericht, v.a. das mit den zwei Lippen hat sich mir noch nicht ganz erschlossen.

vg
Jan

[atzensepp]

habe Haralds Hinweis, dass eine Pressung nötig ist aufgegriffen und das Design etwas geändert. Auf der Gegenseite ist das Teil etwas erhöht und drückt beim Zusammenschrauben auf die Dichtung, so dass sie stramm am Messingrohr anliegt:

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Das Messingrohr ist vorne, hinten und in der Mitte verlötet, damit die zwei Kammern für die beiden Kanäle getrennt sind.
Das zusammengesetzte Ventil sieht dann so aus:

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Aufgrund von Fehlbohrungen musste ein Abstand rein, so dass ein Dichtungsteil nicht gedrückt wird. Aber es funktioniert.

Leider scheint der Sekundenkleber nicht richtig fest zu werden oder ist inzwischen ein Stundenkleber geworden. Auch die weißen pulverigen Ausblühungen des Klebers stören mich.

Und hier ein Servo-Proportional-Drosselventil, das ich vielleicht auch noch verwursteln werde. Leider braucht es halt 20V. Aber zumindest kann man die alten Pneumatikschläuche direkt in die "Orifices" stecken.

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[atzensepp]

Probiere gerade ein Servo-Ventil mit 3ml-Spritzen aus. Die sind gut dicht.
Was es dazu braucht, ist ein 2-ter Ventil-Ausgang: Bohrung in der Spritze und Joch mit Klemmschrauben und eine Bohrung für ein 2.5mm-Anschluss-Röhrchen, das eingeklebt wird. Als Dichtung fungieren 2 Wicklungen Teflon-Band für Wasser-Installationen, das durch das Joch an den Spritzenzylinder gedrückt wird. Durch den 2-stufigen schwarzen Dichtgummi des Spritzenkolbens hat man einen größeren Bereich, in dem beide Ventile geschlossen sind. Die Kolben sind etwas schwergängig und ich muss mir noch überlegen, wie ich sie verbinde und ansteuere. Evtl. kann man die zweite Dichtung auch abdrehen und dadurch den Widerstand sowie den Schalt-Tot-Bereich verringern. Auf jeden Fall ist das Ventil so dicht, dass ich selbst bei abgeschaltetem Kompressor den ft-Zylinder noch eine Weile betreiben kann.

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Mit Haralds Methode könnte man wahrscheinlich leichtgängige Dichtungen herstellen, die ähnliche Eigenschaften wie die in den Fischertechnik-Zylindern haben.

EDIT:
Für den Ventilantrieb habe ich jetzt ein Teil gedruckt, dass die Spritzen-Druck-Teller zusammendrückt. Dieses Teil wird von 2 Metallachsen geführt:

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EDIT 2:
Ich würde zwar lieber einen Servo nehmen, aber hier erst mal ein Stellantrieb mit Schnecke.

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EDIT 3:
Ein XM-Motor ist stark genug für den Stellantrieb:

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[atzensepp]

Habe die Idee mit dem Drehschieberventil etwas weiter verfolgt.
Das Ventil mit der Silikondichtung habe ich durch Pressen dicht bekommen. Dadurch steigt aber der Widerstand.
Daher bin ich wieder zur ursprünglichen Idee zurückgegangen, die Zuleitungen für den Hubzylinder am drehbaren Rohr zu montieren und dadurch zwei Ventileinheiten zu sparen. Die Prinzipskizze veranschaulicht den Aufbau: Ein drehbar gelagertes Rohr ist in der Mitte durch einen eingeklebten Messingzylinder verschlossen, wodurch zwei getrennte Ventilkammern gebildet werden.

Das Rohr hat an beiden Seiten angelötete Anschlussröhrchen und in jeder Ventilkammer ein Loch. Die Löcher der Ventilkammern fluchten mit den Öffnungen im mit Silikon vergossenen Ventilblock. Durch Drehung des Rohrs um 90 Grad werden die Löcher auf die jeweils anderen Anschlussöffnungen gedreht, wodurch sich die Wirkrichtung umkehrt.

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Das Ganze sieht dann als Modell so aus:

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Die Dichtigkeit ist zufriedenstellend. D.h. auch nach Ausschalten der Pumpe kann das Ventil noch eine Zeit lang betrieben werden, bis der Puffertank leer ist bzw. bis zum Druckausgleich durch Undichtigkeit.

Um die Silikon-Orgie zu sparen, habe ich überlegt, die Dichtung mit Dichtungs-Teflon-Band zu realisieren. Zwei Joche mit einer 4mm (etwas größer für ein bis zwei Wicklungen Dichtband) Bohrung die das mit Teflonband umwickelte Ventilröhrchen klemmt. Könnte das klappen? Was meint Ihr?

EDIT PS:
Der Ventilblock - einmal von der Seite mit der Klemm-Ausbuchtung (0.5mm) , die dann den Silikonblock zum Abdichten quetscht.

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und die Hohl-Seite mit den Ventilöffnungen, in die das Silikon um die eingesteckte Achse und Ventilröhrchen reingepasted wird.

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Die Löcher sind für Schrauben zum Klemmen (3mm).