Zylinder-Zwerge

Pneumatik - Miniaturpneumatikprodukte bieten auf kleinstem Raum höchste Präzision, das volle Leistungsspektrum und dieselbe Funktionssicherheit wie Produkte in Standardgrößen.

14. Dezember 2006

Ein wichtiger Trend in der Technik geht schon seit Jahren hin zu immer kompakteren Bauweisen. Unzählige Funktionen im Automobil und bei Haushaltsgeräten, Labor- und Medizintechnikprodukten, aber auch bei Gerätschaften des täglichen Konsums wären ohne zunehmend kompaktere Bauweise kaum möglich. Parallel dazu benötigen auch die Fertigungs-, Montage- und Logistikfunktionen immer weniger Platz. Maßgeblich beteiligt an dieser Entwicklung ist die Miniaturpneumatik als Funktionskomponente mit geringem Gewicht und geringer Massenträgheit. Trotz immer kleinerer Baugrößen verlangt der Markt jedoch das volle Leistungsspektrum und mindestens dieselbe Funktionssicherheit wie bei Pneumatiksystemen sonst üblicher Größenordnungen.

Vielfach bewährt

Bei einer ganzen Reihe von Einsatzgebieten hat sich die Mikropneumatik schon bewährt, etwa beim Handling von Kleinteilen, bei der vollautomatischen Stecker- und Gehäusebestückung oder bei der Kabelkonfektionierung. Diese Technologie erfüllt Schlüsselfunktionen beim Handling von Zeigern und Miniaturzahnrädern in der Uhrenindustrie oder bei der Montage von Sensoren, die ebenfalls immer kleiner werden und wo deshalb zunehmend das präzise Handling von Kleinteilen gefordert wird. Besondere Herausforderungen stellen dabei sehr oft speziell auf bestimmte Kundenanforderungen ausgerichtete Komplettlösungen. Weitere Einsatzgebiete der Miniaturpneumatik mit höchsten Präzisionsanforderungen finden sich etwa bei mobilen Analysegeräten für den Laborbereich oder bei Messkoffern. Besonders häufig im Einsatz sind miniaturisierte Pneumatikkomponenten aber auch in der Medizintechnik, etwa in der Chirurgie, der Anästhesie oder bei der Einrichtung von Zahnarztpraxen. Ein breites Anwendungsfeld für die Pneumatik bietet schon seit Jahren die Verpackungsindustrie.

Einfache Konfiguration

Der Hauptgrund dafür ist vor allem die unkomplizierte Konfiguration schneller Bewegungen. Beim Umgang mit Kleinverpackungen gewährleistet Mini­aturpneumatik zudem sichere Funktion und hohe Verfügbarkeit auch bei Bewegungen auf kleinstem Raum. Ein in seinem Marktpotenzial ziemlich oft unterschätztes, aber dennoch anspruchsvolles Anwendungsgebiet ist zudem der Modellbau.Spezialisiert auf solche Miniaturlösungen ist der Pneumatikhersteller SMC aus der Schweiz. Das Unternehmen aus Weiss­lingen verpackt den gesamten pneumatischen Funktionsumfang in extrem beengte Raumverhältnisse. SMC bietet eine umfassende Palette von Komponenten für die Miniaturpneumatik, von Ventilen, Greifern und Miniatur-Schwenkantrieben über Nadelzylinder, Präzisionsschlitteneinheiten bis zu einer entsprechend angepassten Luftaufbereitung. Wichtige Komponenten in der Miniaturpneumatik sind auch spezielle Schläuche mit einem Außendurchmesser von zwei Millimetern und einem minimalen Biegeradius von vier Millimetern für die Verschlauchung auf kleinstem Raum. Der Arbeitsdruck der Komponenten reicht dabei vom Vakuum bis zu sieben Bar Netzdruck. Der Anschluss der Miniaturpneumatikventile geschieht wahlweise über Schläuche oder Flansche. Dabei lassen sie sich ebenso leicht austauschen wie die entsprechenden Komponenten in Normalgröße. Um Platz zu sparen, besitzen die sieben Millimeter schmalen 3/2-Wege-Ventile der Serie S070 auf jeder Seite eine in Längsrichtung halbierte Schraubenbohrung, so dass jeweils zwei benachbarte Ventile eine Befestigungsschraube, die beide Ventile fixiert, gemeinsam nutzen können. Daneben ist die Ventilserie ist auch in einer Version für die Befestigung mit Montageclips verfügbar.

Hohe Leistung

Die Ventile wiegen lediglich fünf Gramm und bieten eine Durchflussrate von 15 Liter pro Minute bei einer Standard-Leistungsaufnahme von 0,35 Watt. Die Energiesparausführung benötigt lediglich 0,1 Watt. Die Versorgung mit Elektrizität geschieht in manchen Fällen über Batterien. Allerdings ist dabei die mögliche elektrische Leistungsaufnahme durch den kleinen Bauraum der Betätigungsmagnete beschränkt. Um dennoch eine höchstmögliche Leistungsausnützung zu erreichen, besitzen die Ventile eine Magnetspule mit ovalem Querschnitt, der den physikalischen Spulenquerschnitt vergrößert. Diese Entwicklung ermöglicht damit eine größtmögliche Leistung bei kleinstmöglichem Bauraum. Eine ausgeklügelte Konstruktion bieten auch die Miniatur-Schwenkantriebe der Serie CRJ, die für Schwenkbereiche von 90 bis 180 Grad ausgelegt und in zwei Baugrößen verfügbar sind. Die kleinere Version ist kleiner als 20 x 45 x 13,5 Millimeter und wiegt lediglich 32 Gramm. Der Anschluss für die elektrischen Signalgeber wird über einen Längsschlitz eingeschoben und ist ebenso von drei Seiten her möglich wie der Anschluss der Druckluft. Das große Rollenlager und die im Verhältnis zu den Gesamtabmessungen großzügig dimensionierte Außenwelle gewährleisten beachtliche Steifigkeit. Eine Anschlagfläche am Ende der Zahnstange stoppt das Zahnritzel in beiden Endstellungen und reduziert auf diese Weise das Spiel auf ein Minimum ? und das, obwohl die Schwenkbewegung nur von einem einzigen Zahnstangenkolben angetrieben wird. Daneben ist jedoch auch die Montage von externen Stopp-Anschlägen möglich.

Stabil und exakt trotz kleinster Baumaße

Hohe Stabilität und Exaktheit bieten auch die Präzisions-Schlitteneinheiten der Serie MXP. Die integrierte Kugel­umlaufführung ermöglicht hohe zulässige Momente. Zum Antrieb dienen je nach Baugröße Zylinder mit Durchmessern von sechs bis 16 Millimeter. Die Schlitteneinheit verfährt mit einer Parallelität von 0,02 Millimetern und erreicht die einzelnen Positionen mit einer Verfahrgenauigkeit von 0,004 Millimetern. Serienmäßig eingebaute Signalgeberschienen und Magnete ermöglichen zudem den Aufbau von Regelkreisen. Daneben lassen sich Reed-Schalter oder elektronische Signalgeber mit oder ohne zweifarbiger Betriebsanzeige installieren. Die Hubbegrenzung geschieht wahlweise mit Polyurethandämpfern, Stahlanschlägen oder mit Stoßdämpfern. Die Last kann oben, seitlich oder unten an der Einheit angebracht werden. Der Druckluftanschluss geschieht alternativ seitlich oder axial und ermöglicht damit eine Platz sparende Montage. Vervollständigt wird das Konzept der Miniaturpneumatik durch ein durchdachtes Anschluss- und Schlauchsystem. So sind die oben erwähnten ­Poly­urethanschläuche in sieben verschiedenen Farben erhältlich und vermindern so die Verwechslungsgefahr bei der Montage von umfangreichen und komplexen Anlagen. Auch bei den Verschraubungen stehen alle erforderlichen Funktionsvarianten und Formen zur Verfügung. Eine besonders schnelle Montage ermöglichen die Miniatursteckverbindun­gen der Serie KJ: Bei diesen Elementen genügt es, den Schlauch in den Nippel zu stecken, wo er sofort fixiert wird. Zur Demontage wird lediglich der Fixierring mit dem Fingernagel zurückgezogen, um den Schlauch freizugeben. Die Miniatursteckverbindungen eignen sich auch für Vakuumanwendungen bis ?100 Kilopascal. Diese Beispiele aus dem umfangreichen Systembaukasten von SMC demonstrieren, welchen Beitrag die Miniaturpneumatik leistet, damit Maschinen und Anlagen immer kompakter gebaut und zugleich mit immer mehr Funktionen ausgerüstet werden können. Nicht zuletzt spart das kleine Betriebsvolumen der Miniaturpneumatikkomponenten außerdem beachtliche Mengen an Druckluft, so dass auch die Druckluftversorgung künftig sehr viel kleiner dimensioniert werden kann.

Martin Wohlgenannt

Fakten

Miniaturisierte Pneumatikelemente bieten auf kleinstem Bauraum den gesamten Funktionsumfang der Pneumatik und ermöglichen damit den Aufbau von extrem kompakten Automatisierungslösungen. Die hohe Leistungsdichte verringert gleichzeitig den Verbrauch an kostenintensiver Druckluft.

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2007