Pneumatik Die Automatisierung mit Druckluft reicht von der Erfindung der Ventilinsel über die Kombination pneumatischer und elektrischer Achsen in einbaufertigen Systemen, dem pneumatischen Muskel bis hin zur Mechatronik und zum elektrischen Terminal für Ventilinseln CPX mit Diagnose-und Condition-Monitoring-Features.
Vor 53 Jahren entwickelte Festo den ersten einfach wirkenden Zylinder und begründete damit die industrielle Nutzung der Pneumatik für die Industrie. Die Zylinder kamen als pneumatische Schnellspanner von Werkstücken in Kettenfräsmaschinen von Festo zum Einsatz. Die Marke Festo aus Esslingen stand damals schon für qualitativ hoch- wertige Holzbearbeitungsmaschinen (heute Festool). Ganz im Stile schwäbischer Tüftler erkannte Kurt Stoll, Sohn des Firmengründers Gottlieb Stoll, welches Automatisierungspotenzial in der Pneumatik steckte. Aber erst in den vergangenen 25 Jahren machte die Pneumatik die wichtigsten Schritte in ihrer Entwicklung: Die Automatisierungsprodukte wurden kleiner, leichter und vor allem schneller. Die Mechatronik, das Verschmelzen von Mechanik, Elektronik und Software ermöglicht heute die zustandsorientierte Instandhaltung über Diagnosewerkzeuge.
Heute arbeiten etwa 62.000 Druckluftanlagen in deutschen Fertigungsbetrieben – zum Spannen, Klemmen, Bewegen und Handhaben von Werkstücken. Die Automatisierung vereinfachte und beschleunigte Prozesse. Je mehr pneumatische Antriebe und Ventile aber zu deren Ansteuerung in den Maschinen und Anlagen im Einsatz waren, desto mehr wuchs der Wirrwarr an Kabeln und Schläuchen: Jedes einzelne Ventil wurde elektrisch angeschlossen, jede Ventilspule einzeln mit der Steuerung verkabelt. Schalldämpfer und Druckluftversorgung sowie Fittings und entsprechende Verschlauchungen der Arbeitsanschlüsse mussten mit dem Zylinder verbunden werden. Sämtliche Einzelteile konnten zu dieser Zeit nur separat bestellt werden. Damit barg bereits deren Bestellung Fehlerquellen. Oft merkten die Anlagenbauer erst bei der Montage, dass die bestellten Teile nicht passten. Abhilfe schaffte zunächst die Batteriemontage, die mehrere Einzelventile zusammenfasste. Doch erst die Erfindung der Ventilinsel revolutionierte die pneumatische Installationstechnik, denn konventionelles elektrisches Verdrahten und pneumatisches Verschlauchen waren sehr zeit- und kostenintensiv. 1987 präsentierte die Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Festo die erste Ventilinsel unter dem lakonischen Namen Typ 01. Der Nachfolger, die robuste Tiger-Ventilinsel Typ 02, ist seit 1989 auf dem Markt – gerade in der Automobil-Industrie schätzt man laut Festo die zuverlässige und nahezu unverwüstliche pneumatische Steuerung. Und Typ 03 war die erste modular aufgebaute Ventilinsel, die sich erstmals erweitern oder verkleinern ließ. Demgegenüber ist die Anzahl der Ventilplätze bei kompakt aufgebauten Ventilinseln unveränderbar. Sie haben aber den Vorteil, vergleichsweise klein und kompakt bei hoher Leistungsdichte zu sein und können damit nahe der Antriebe inmitten der Maschinen und Anlagen arbeiten. Schläuche und Kabel können relativ kurz ausfallen, Druckluft ist so wesentlich effizienter. Der millionenfach bewährte Klassiker für die Montage- und Handhabungstechnik sowie viele Branchenanwendungen ist seit 1996 die Compact-Performance-Ventilinsel (CPV). Sie gibt es seit 2001 auch als Miniatur-Ausführung CPV-SC, die in der Elektronik- und Light Assembly-Industrie beispielsweise in Mobiltelefon-Testern integriert ist. Spezielle Branchenventilinseln wie die korrosionsfreie, leicht zu reinigende Clean-Design-Ventilinsel CDVI ergänzen das breite Produktspektrum dieser zentralen Steuereinheiten der pneumatischen Automatisierungstechnik. Die Ventilinsel-Technologie der Baureihe CPX/ MPA prägt laut Festo die Automatisierungstechnik zu Beginn des 21. Jahrhunderts. Ihr modularer Aufbau bringt hohe Leistungsdichte, verstärkt durch das elektrische Terminal CPX. Mit Diagnose- und präventiver Wartungsfunktion hilft diese, die Maschinenverfügbarkeit zu erhöhen. Es unterstützt modul- und kanalspezifische Diagnosen wie Unterspannungserkennung von Ausgängen und Ventilen, Kurzschlusserkennung der Sensoren und Ventile oder die Open-Load-Erkennung einer fehlenden Ventilspule. Darüber hinaus speichert das CPX-Terminal die letzten 40 Fehlerursachen mit Fehlerbeginn und -ende. Dadurch kann der Anwender die Ursache von Fehlern bei der elektrischen Installation schneller feststellen. Kombiniert mit Durchfluss- und Drucksensoren entstehen mit der CPX Condition-Monitoring-Lösungen. Raus aus dem Schaltschrank und rein in die Maschine. Das ist das Motto des CPX-FEC. In diesem Modul enthält das modulare elektrische Terminal CPX die Technologie des Front End Controllers FEC. So lassen sich Steuerungsaufgaben direkt vor Ort und ohne den Einsatz einer zusätzlichen SPS lösen. Schnelle Vorverarbeitung am Feldbus oder Ethernet ist mit dem CPX-FEC genauso möglich wie der Einsatz als programmierbare Ventilinsel im Standalone Betrieb oder die direkte Ansteuerung über Ethernet in der Betriebsart Remote-IO. Maßgeschneidert für jeden Anwendungsfall lässt sich die robuste Kleinsteuerung beliebig mit CPX-EA-Modulen, -Technologiemodulen und -Feldbusknoten kombinieren.
Mit dem CPX-FEC überwacht der Anwender Maschinen vom Büro aus, konfiguriert sie via Internet und kann sie zudem diagnostizieren. Das schafft den direkten Draht zwischen Automatisierungs- und Informationstechnologie. Die integrierte Ethernetschnittstelle vernetzt Geräte nicht nur untereinander, sie bietet zudem komfortable Fernwartung, Online- Zugriff, Download neuer Applikationen und Features sowie die Auswertung der Prozessdaten über TCP/IP. Insgesamt reduziert das Modul Engineering-Kosten, es findet Fehler schneller, verkürzt den Stillstand und senkt Kosten, weil Anlagen seltener ausfallen. Nicht erst im Betrieb, sondern schon während der Installation einer Maschine spart das CPXCP-Interface Zeit und Kosten: Es erlaubt dezentrale Module wie CPV-Ventilinseln sowie CP-Eingangs- und -Ausgangsmodule an CPX-Terminals anzuschließen. Dadurch lässt sich ein Nebeneinander von zentraler und dezentraler Pneumatik und Elektrik in derselben Anlage realisieren – höhere Taktzahlen und niedrigerer Verdrahtungsaufwand inklusive. Nahezu unendliche Kombinationen entstehen mit hybriden Installationssystemen: Kein Anwender muss auf die Vorteile der zentralen Installation verzichten, wenn er sich für die dezentrale Installation entscheidet oder umgekehrt. Das hybride Installationssystem verfügt über bis zu 512 Ein- und Ausgänge und schafft Synergien. Die Mechatronik wirkt in der Automatisierungstechnik mit Pneumatik auch auf der Aktorseite. Hier hat Festo seit 1989 sukzessive die pneumatischen Antriebe im modularen mechatronischen Handhabungsbaukasten um elektrische Antriebe ergänzt – mit denselben Geometrien und Schnittstellen wie die pneumatischen Geschwister. Damit kann der Anwender nahezu unendlich viele Handhabungslösungen kombinieren. Das Angebot erstreckt sich von pneumatischen über elektrische Lösungen bis hin zu Mischformen aus beiden Technologien. So soll er die Vorteile beider Antriebstechniken voll ausschöpfen können. Einem Trend folgend bestellen immer mehr Kunden komplette einbaufertige Handhabungssysteme und -module, die Festo fix und fertig zusammengebaut an deren Maschinen und Anlagen liefert. Vorab geprüft, mit allen Konstruktionsdaten und Schaltplänen sowie umfassender Funktions- und Festpreisgarantie, verkürzen diese einbaufertigen Einheiten den Weg von der Idee zur Maschine und reduzieren Schnittstellen. Komplettlösungen entlasten das Fachpersonal, Konstruktionsaufwand und -kosten bleiben gering. Einbaufertige Handhabungssysteme erleichtern den Beschaffungsprozess und senken die Prozesskosten – dank Single Sourcing und Auftragsabwicklung über nur eine Teile- beziehungsweise Projektnummer. Mit der Kombination aus pneumatischem und elektrischem Antrieb zeigt Festo seine Bereitschaft für den ganzheitlichen Ansatz energieeffizienter Antriebstechnik. Das Unternehmen kombiniert zum Beispiel die elektrische Achse HME, die über schnelle Kraftspitzen verfügt, gut zu regeln ist und zudem sehr genau, mit der pneumatischen Achse HMP, die dem Anwender Dauerkraft und Schwerkraftkompensation bei Vertikalbetrieb bietet. Im Gegensatz zu einer pneumatischen Achse benötigt eine rein elektrische Achse zur Erzeugung einer Dauerkraft und für die Schwerkraftkompensation viel Energie. Dafür kann die pneumatische Achse niemals so genau sein wie die elektrische Variante – der elektropneumatische Hybridantrieb könnte so zu den energieeffizientesten Antriebslösungen der Zukunft gehören.
Fakten
Experten sagen der Automatisierung mit Pneumatik eine große Zukunft voraus. Dazu tragen
nicht zuletzt revolutionäre Antriebskonzepte wie der Pneumatische Muskel und mechatronische Systemlösungen bei, die Pneumatik, Elektronik und Software vereinen. Die Integration von Mikroprozessoren in Zylinder und Ventile schafft intelligente Pneumatik; die Entwicklung der Bustechnologie tut ein Übriges. Auch die Miniaturisierung geht weiter: So beträgt das Bauvolumen eines bestimmten Wegeventils heute nur noch ein Siebtel gegenüber dem eines Ventils von 1961.
