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Hahn auf – Kahn hält

Miniaturpneumatik: Energie und Bauraum sparen
Hahn auf – Kahn hält

Mit Miniaturkomponenten für industrielle Anwendungen punkten die Pneumatikhersteller. Wie die Steuerung aussehen könnte, zeigt ein Versuchsaufbau mit Fußballbezug.

Pneumatikkomponenten werden immer kleiner und folgen damit der Miniaturisierung von Produkten und Prozessen. Auf der Messe Automatica in München zeigte ein Pneumatikhersteller gar, wie kleine Zylinder Tore schießen. Wenngleich dieser Blickfang nicht mehr ist als ein Spiel, verdient sein technischer Aufbau doch Aufmerksamkeit. Die von einer Ecke zur anderen hechtenden Torwarte, aber auch die pneumatischen Schussvorrichtungen sowie die Sensoren steuert ein Feldbusknoten – ohne zusätzliche SPS. Ein interessanter Weg, der den Busverkehr in Automatisierungssystemen reduzieren hilft.

Andreas Vogt, Diplomand an der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg, benutzt für Steuerungsaufgaben dieser Art eine Ventilinsel der Numatics GmbH, St. Augustin, die mit der Device-Logix-Technologie ausgestattet ist. Dabei handelt es sich um einen Feldbusknoten, der eine kleine speicherprogrammierbare Steuerung mit an Bord hat, auf der das gesamte Programm läuft. Die Vorteile dieser Kombination liegen auf zwei Ebenen. Da die Ventilinsel vor Ort alle Steuerungsfunktionen ausführt, nimmt der Busverkehr ab, die Übertragungsgeschwindigkeit steigt, und die Zykluszeiten der Anlage werden optimiert. Zum anderen kann Device-Logix den Einsatz eines zentralen Steuerrechners bei weniger aufwendigen Abläufen überflüssig machen. Die Ventilinsel mit Device-Logix verfügt über maximal 72 Logik-Gatter, das heißt Und-oder-Verknüpfungen, sowie Timer und Zähler. Bis zu 96 Ein- und 80 Ausgänge können mit der Ventilinsel verbunden werden.
Einsatzbereiche sind vor allem die Automobil-, Druck- und Verpackungsindustrie – und ganz aktuell das Fußballspiel, bei dem sich zwei deutsche Spitzen-Torhüter im Mini-Format gegenüberstehen: Oliver Kahn und Timo Hildebrandt.
Natürlich kommen fürs Toreschießen angesichts der Größe des Spielfelds – es misst gerade mal 1 % des Original-Fußballfeldes – ausgesprochen kleine Pneumatikkomponenten zum Einsatz: Kompaktzylinder mit 16 mm Kolbendurchmesser und 20 mm Hub, sowie Kleinzylinder mit 20 mm Durchmesser und 15 mm Hub. Zylinder, die in die Welt der tendenziell kleiner werdenden Produktionssysteme für Handys, MP3-Player und andere Produkt-Miniaturen passen. Wenngleich bei derart kleinen Zylinderdimensionen der Druckluftverbrauch nur eine untergeordnete Rolle spielt, hat Diplomand Andreas Vogt auch auf den Energie sparenden Betrieb der Anlage Wert gelegt. Alle Zylinder werden von Federn zurückgestellt, die Rückstellbewegungen verbrauchen also keine zusätzliche Druckluft. Dieses Merkmal rückt zunehmend in den Blickpunkt der Anwender, zumal üblicherweise nur 6 % des bei der Drucklufterzeugung eingesetzten elektrischen Stroms in der pneumatischen Arbeit landen.
Das hier genutzte Konzept der dezentralisierten Steuerungen unterstützen auch die AirBoxen der Kuhnke GmbH, Malente. Sie verfügen über elektrische Eingänge und pneumatische Ausgänge und sind Bestandteil des AS-Interface-Systems, das sich durch eine einfache und obendrein robuste Verdrahtungstechnik auszeichnet. Dieses System weist einen Weg in die Zukunft der Pneumatik, denn über den Bus lassen sich Signale viel leichter transportieren als durch die Druckluft selbst. Zugleich hilft diese Technik, lange Druckschläuche zu vermeiden – was wiederum die Energieeffizienz pneumatischer Anlagen steigert.
Abgesehen von der Entwicklung dezentraler Steuerungen kümmern sich die Anbieter um Lösungen, die beim Aufbau automatischer Produktions- und Montagesysteme für Produkte der Mikromechanik und Elektronik Raum sparen. Für diesen Einsatzbereich bieten einige Hersteller von pneumatischen Systemen und Linearführungen heute integrierte Lösungen an. Dabei verschmelzen Führungen und Pneumatikzylinder zu einer Baueinheit.
Bislang war es so, dass Miniatur- oder Kompaktzylinder in systemkonforme Führungseinheiten eingesetzt oder auf anwendungsneutrale Führungssysteme aufgesetzt wurden. Durch die Vollintegration der Funktionen Antreiben und Führen in einem Bauteil wird aber ein Optimum an Funktionsdichte erreicht. Zugleich verringern integrierte Systeme den Montage- und Justieraufwand und überdies die Zahl der Stücklistenpositionen. Entsprechende Systeme finden sich in den Katalogen von Bosch Rexroth ebenso wie bei Festo, SMC oder SKF.
Dass der Markt für Miniaturpneumatik wächst, lässt sich auch an dem beachtlichen Innovationszyklus dieses Segments ablesen. Da werden im schnellen Rhythmus Zylinder mit integrierten Ventilen angeboten, aber auch Miniaturzylinder, die von Haus aus Raum sparend mit Wegmesssystemen ausgerüstet sind.
Kolbendurchmesser mit nur 4, 6 oder 10 mm für Hübe zwischen 5 und 30 mm bietet die Mini-Führungseinheit DFC der Esslinger Festo AG. Damit lassen sich zwar nur geringe Kräfte von 7,5 bis 47 N erzielen, doch diese reichen angesichts der geringen Handhabungsgewichte im Bereich der Mikromontage und Mikrobearbeitung zumeist aus. Auch die Dynamik lässt nichts zu wünschen übrig: bis zu 1 m/s legt die Kolbenstange zurück, wodurch ein Hub von nur 5 mm in der Traumzeit von rund 0,02 s ausgeführt wird.
Doch sollte, ohne der Pneumatik ihre Vorzüge streitig zu machen, nicht übersehen werden, dass zunehmend Elektrozylinder offeriert werden. So haben die führenden Pneumatikhersteller nahezu vollzählig ihre Angebote in dieser Richtung erweitert – Bosch Rexroth ebenso wie Festo oder SMC. Ein Blick in ihre Kataloge reicht aus, um ein weit verbreitetes Vorurteil aus der Welt zu schaffen: Elektrozylinder seien zu langsam. Die Pendants zur Pneumatik halten hinsichtlich der Dynamik mit und kommen bei sehr kurzen und zugleich hoch frequenten Hüben sogar ohne Zwischenhübe aus. Diese braucht die Pneumatik, wenn kurze Arbeitshübe nicht zur ständigen und vollständigen Entleerung der Zylinder führen. Denn in diesen Fällen bewirken erst die Leerhübe, dass mit der Luft auch die Wärme abgeleitet wird.
Gerhard Vogel Fachjournalist in Königsbrunn
Integrierte Systeme verringern die Raumnot
Industrieanzeiger
Titelbild Industrieanzeiger 19
Ausgabe
19.2021
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