Druckvoller Trendsetter

Pneumatik - Schon seit Jahrzehnten dient die Fluidtechnik zur Übertragung von Energie vor allem für Bewegungsvorgänge. Maßgeblich für den Fortschritt in diesem Gebiet waren dabei oft Entwicklungen im Bereich der Pneumatik.

11. Dezember 2007

Die Pneumatik hat schon oft als Vorreiter für neue Lösungen auf sich aufmerksam gemacht. Richtungweisend war zum Beispiel der frühzeitige Einsatz von Kunststoff en zur Gewichtseinsparung und Funktionsintegration. Meilensteine setz ten zudem die Verwendung von Polyurethadichtungen zur Lebensdauererhöhung, der Gedanke des »Plug and Play« bei Ventileinheiten sowie die Entwicklung von hoch dynamischen Regelventilen mit integrierter Elektronik. In den letzten Jahren konzentrierte sich die Entwicklung auf die Optimierung pneumatischer Einzelkomponenten. Eine deutlich höhere Dynamik der Komponenten und Applikationen ermöglichten dabei vor allem Verbesserungen bei Durchfluss und Schaltzeiten. Durch die integrierte Bus-Technologie lässt sich die Pneumatik heute zudem ideal in die Fabrikautomation einbinden.

Funktionale Zylindersensorik

Vom technischen Aufbau her betrachtet sind Zylinder die einfachste Komponente im Produktportfolio der Pneumatik. Durch ihre fast vollständige ISO-Normung bieten sie der Entwicklung inzwischen nur noch wenig Spielraum. Fortschritte brachten hier insbesondere Entwicklungen wie einstellbare pneumatische Dämpfungen, welche kompakte Baumaße und zugleich die Aufnahme hoher dynamischer Kräfte ermöglichen. Immer wichtiger im Bereich der Zylindersensorik wird zudem die Abbildung des gesamten Hubs neben der üblichen Sensierung definierter Kolbenpositionen durch Hall- oder Reed-Sensoren. Viele Applikationen lassen sich nämlich nur dann noch weiter beschleunigen, wenn weiterführende Prozesse durch eine voreilende Ansteuerung rechtzeitig starten. Vorzugsweise integrierte Längenmesssysteme bilden dabei den gesamten Hub durch ein analoges Spannungssignal ab und erleichtern zudem die Inbetriebnahme, da eine manuelle Einstellung von Sensoren an der Außenseite des Zylinders entfällt.

Ein solches integriertes Messsystem ist zum Beispiel der Sensor SF1 von Rexroth, der das gesamte Geschwindigkeitsprofi l des Aktuators abbilden kann. Im Einsatz ist das System beispielsweise bei einer Verpackungsmaschine: Hier bewegt ein Minizylinder den Leimauftragskopf, der gleichmäßig mit nicht zu hoher Geschwindigkeit aus- und einfahren soll, damit der Kleber über eine Strecke von 430 Millimeter kontinuierlich und in gleicher Stärke aufgetragen werden kann. Der integrierte Zylindersensor gewährleistet dabei die exakte Positionierung des Auftragkopfes über den gesamten Hub des Zylinders. Dazu werden an verschiedenen Punkten der Leimspur über den Weg des Zylinders Signalpunkte gesetzt, die im Steuerungsprogramm festgeschrieben werden. Die traditionelle Überwachung durch Endschalter führte hierbei nicht zum Ziel, stattdessen brachte erst die Abbildung des gesamten Geschwindigkeitsprofils die gewünschte Lösung.

Ein weiterer Vorteil dieser Sensorlösung ist die Möglichkeit zur Geschwindigkeitsdifferenzierung, die Rückschlüsse auf Verschleiß und/oder Änderung der Lastverhältnisse erlaubt. Dies erweitert die Möglichkeiten der Betriebszustandsüberwachung, da die Auswertung der elektrischen Signale off en lässt, ob das Arbeitsventil auch wirklich geschaltet hat, wenn das Vorsteuerventil elektrisch angesprochen wurde.

Ventile bieten Entwicklungspotenzial

Nur geringe Einschränkungen durch allgemein akzeptierte Normen bietet dagegen der Produktbereich Ventile: Bis auf die Grundplattenventile nach ISO 5599 und ISO 15704 gibt es hier keine nennenswerte Normung ? grundsätzlich unterschieden Ausführungen. Im Unterschied zu Zylindern bieten Ventile daher mehr Ansätze für innovative Entwicklungen. So ist beispielsweise die Integration von elektromagnetischen Vorsteuerventilen in die Arbeitsventile eine Voraussetzung, um kompakte Bauformen zu realisieren, und die individuelle Gestaltung der pneumatischen Ventiltechnik ermöglicht ein optimales Verhältnis von Durchfluss zu Bauvolumen. Kurze und konstante Schaltzeiten ermöglichen dabei verschiedene Funktionsprinzipien.

Heute sind Regelventile weitestgehend als Einzelventile im hochdynamischen Regelbereich im Einsatz. Künftig werden sie die pneumatische Steuerung jedoch stärker beeinflussen: Zum einen werden Druckregelventile auch als kostengünstige Lösung verfügbar. Ein erstes Produkt ist das Modell ED02 von Rexroth. In Verbindung mit dem analogen SF1-Sensor ermöglicht es eine wirtschaftliche Druckregelung, um pneumatische Einfachstpositionierungen abzubilden. Zum anderen werden die manuell verstellbaren Zwischenplattenregler der Ventileinheiten in Zukunft elektronisch verstellbar sein, sodass sich diese Regelfunktion künftig in die elektrische Ansteuerung der Ventileinheit einbinden lässt. Insbesondere bei schwer zugänglichen Anlagen ist dies ein wichtiges Argument.

Parallel oder seriell?

Großes Entwicklungspotenzial bietet außerdem die elektrische Ansteuerung. Hier wird nicht zuletzt die aktuelle Frage der Energieeffizienz neue Ideen zur Integration des Ventils in den Aktuator generieren ? schließlich verursacht der heutige Mix aus paralleler Verdrahtung und serieller Einbindung der Pneumatik in die Fabrikautomation einen nicht unerheblichen Aufwand an teurer elektrischer Verbindungstechnik. Die seriellen Signale der Feldbusse könnten auch direkt zu den einzelnen Ventilen und der Sensorik geführt werden. Zukünftig könnte es einzelplatzmodulare Konzepte geben, die die Flexibilität erhöhen und zugleich die Investitionen minimieren.

Fakten

- Der Zylindersensor der Serie SF1 ist fest mit dem Zylinder verbunden.

- Er erfasst den Hub permanent und liefert ein analoges Ausgangssignal.

- Bis zu vier Schaltpunkte lassen sich im Teach-In-Verfahren direkt am Sensor oder über ein Handheld setzen.

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2008