Generell folge die Pneumatik den allgemeinen Markt- und Technologietrends der Industrie, so Theo Paulus. Unter anderem beschäftigt sich der Pneumatikspezialist Aventics bereits seit Jahren mit der Integration von Elektrik und Elektronik in pneumatische Produkte und Systeme. „So verwenden wir bei den elektronischen Druckregelventilen der Baureihe ED und den Ventilsystemen der Baureihe AV modernste Elektronik, um Regel- und Kommunikationsaufgaben zu realisieren“, führt Paulus beispielhaft auf.
Die Ventilserie AV von Aventics ist mit Elektronik ausgestattet, um Regel- und Kommunikationsaufgaben zu realisieren.
Auch seien die Antriebe des Unternehmens mit Sensoren ausgestattet, die sowohl die Endlagepositionen der Antriebe als auch kontinuierlich die aktuelle Position erfassen. Druck- und Durchfluss-Sensoren werden von Aventics in elektronischen Ausführungen angeboten, die in den neusten Versionen über eine IO-Link- Schnittstelle verfügen, um eine einfache Kommunikation mit der Steuerung zu ermöglichen.
Ebenfalls einem allgemeinen Industrie-Trend folgend, müssen auch Pneumatikkomponenten die Fähigkeit besitzen, mit der Maschinensteuerung kommunizieren zu können. Ein Beispiel hierzu ist das neu entwickelte Advanced Electronic System, kurz AES von Aventics, das zusammen mit dem Advanced Valve System AV seit Ende 2012 vermarktet und permanent erweitert wird. Neben den klassischen Feldbusprotokollen wie Profibus, CanOpen, den Ethernet Lösungen ProfiNet, Ethernet IP und EtherCat bietet Aventics nun eine IO-Link Schnittstelle an. „Die Funktionalitäten der Ethernet-Protokolle werden wir in Zukunft mehr und mehr nutzen“, führt Paulus hierzu aus.
Zusätzlich zur Elektronikintegration, Kommunikationsfähigkeit und Energieeffizienz sieht das Unternehmen die Schwerpunkte für die Pneumatik in Produkten, die den Anforderungen zur internationalen Maschinensicherheit nach ISO13849 entsprechen. Aber noch ein weiteres Thema spielt für eine zukunftsfähige Pneumatik eine große Rolle: die Produktivitätserhöhung von Maschinen. „Für die Pneumatik bedeutet dies eine weitere Verkürzung der Hubzeiten von Zylindern und Antrieben und somit die Erweiterung der Anforderungen an das Dämpfungsverhalten der Produkte“, so Theo Paulus. „Für Aventics stehen auch in Zukunft die Anforderungen unserer Kunden nach applikationspassenden Produkten, die von Maschinenbauern selbst konfiguriert werden können, im Fokus.“ Wesentlich dafür seien ein modulares Produktdesign, kein Over- beziehungsweise Under-Engineering, so Paulus.
Die Systemfrage
Auch wenn sich die Pneumatik einer guten und stabilen wirtschaftlichen Lage erfreut, bedeutet das nicht, dass sie sich auf ihrem Erfolg ausruhen kann. Andere Systeme versuchen etwas von ihrem Kuchen abzubekommen. Geht es nämlich um die Frage nach dem geeigneten Antrieb für Linearbewegungen, dringen immer mehr elektromechanische Lösungen auf den Markt und etablieren sich nach und nach.
Laut einer unabhängig in 2012 angefertigten Studie, erklärt Niklas Sjöström von Thomson, werden Kolbenstangen-Aktuatoren für den Volllast-Dauerbetrieb über die nächsten fünf Jahre ein jährliches Wachstum von 13 Prozent verzeichnen können. Etwa die Hälfte dieses Wachstums kommt nach Angaben der Studie durch die Umwandlung von pneumatischer zu elektrischer Aktuation zustande. Die Umrüstung wird getrieben durch verbesserte Maschinenperformance und -funktionalität sowie die Nachfrage nach energieeffizienterem Equipment. Energieeffizienz ist ein Thema, an dem man bei der Entscheidung, ob pneumatisch oder elektromechanisch angetrieben werden soll, nicht vorbeikommt.
Bei elektromechanischen Lösungen verbraucht die Elektrik die Energie – das jedoch auch nur, wenn das System tatsächlich Arbeit verrichtet. Bei einem pneumatischen Antrieb fängt der Energieverbrauch bei der Drucklufterzeugung durch Kompressoren an, die konstant am Laufen gehalten werden – auch wenn von Seiten der Aktuatoren gerade keine Arbeit verrichtet wird. Eine Lösung hierfür ist eine bedarfsgerechte Drucklufterzeugung durch dezentrale und kleiner dimensionierte Kompressoreinheiten. Die Effizienz bei pneumatischen Lösungen kommt aber auch durch ihre Möglichkeit zustande, Druck konstant aufrecht erhalten zu können, ohne dass weitere Energie hinzugefügt werden muss.
Elektromechanisch angetrieben können Linearbewegungen sehr präzise und mit hoher Flexibilität ausgeführt werden.
Vor allem ein Trend ist für die Pneumatikbranche ein Glücksfall: die zunehmende Automatisierung. Sie bereitet der Branche stetige Anfragen von Anwendern und verhilft ihr zu jährlichen Wachstumsraten. Die Automatisierung unterstützen pneumatische Antriebssysteme vor allem durch einen sie auszeichnenden Faktor: die Schnelligkeit. Für diesen Faktor bringt Theo Paulus kolbenstangenlose Zylinder der Baureihe RTC von Aventics als Beispiel, die auf eine Geschwindigkeit von 30 Metern pro Sekunde beschleunigt werden können. Bei richtig ausgelegten und angewendeten Kolbenstangenzylindern kann ein Hub von 500 Millimeter unterhalb von einer halben Sekunde erfolgen, gibt er weiterhin an.
Mit dieser Schnelligkeit spielen pneumatische Antriebe ihre Vorteile in sogenannten Bang-Bang-Applikationen aus – benannt nach dem Geräusch, das sie machen. Sie sind darauf ausgelegt, sich zwischen zwei Punkten hin und her zu bewegen und erst von der nächsten mechanischen Barriere gestoppt zu werden, die sich ihnen in den Weg stellt. Hierfür wird keine Positionsüberwachung benötigt, was zu niedrigen Investitionskosten führt. Jedoch gerade die Einführung von Positionsüberwachungen in die Pneumatik, machen es ihr nun auch möglich, komplexere Bewegungen auszuführen und auch in diesem Punkt mit elektromechanischen Lösungen mithalten zu können.
Elektronisches Druckregelventil ED05 von Aventics.
Proportionaltechnik macht es pneumatischen Antrieben möglich, komplexere Bewegungen akkurat umzusetzen – natürlich mit Auswirkungen auf die Investitionskosten. Was die Pneumatik jedoch immer noch nur schwer bieten kann, sind langsame und vollkommen kontrollierte Bewegungen. Präzision und Flexibilität sind Merkmale, die die Elektromechanik bereits sehr gut beherrscht.
Niklas Sjöströms Antwort auf die Frage nach den beiden Systemen: „Es wird nach wie vor Platz für beide Systeme geben. Aber wenn Anwender mehr Flexibilität, Genauigkeit und Energieeffizienz wünschen, bietet die elektromechanische Variante überlegene Möglichkeiten.“ Für komplexere Aufgaben bieten sich elektromechanische Lösungen durch ihre bessere Anpassbarkeit und Kontrollierbarkeit an. Sie sind programmierbar, und Veränderungen im Bewegungsprofil können auf Softwareebene vorgenommen werden – ohne dass ein Anhalten des Gesamtsystems notwendig ist. Ein großer Vorteil für Anwendungen wie Verpackungsmaschinen, die schnell auf neue Anforderungen eingestellt werden müssen.