Miniaturisierung ist der Schlüssel für die Zukunft der Automatisierung

Mikropneumatik Miniaturisierung ist der Schlüssel für die Zukunft der Automatisierung

29.10.2018Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Pneumatik-Winzlinge leisten Großes in der Automatisierung: SMC treibt die Miniaturisierung voran, denn kleinere Ventile und Greifer sind leichter, lassen sich flexibler positionieren und optimieren zudem den Energieverbrauch. Damit sparen sie bares Geld und tragen zu einer effizienteren Produktion bei – in verschiedensten Industriezweigen.

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Zuckerwürfelgroße pneumatische Greifer und Antriebe von SMC sparen Energie und bieten die gleiche Leistung wie herkömmliche Komponenten.
(Bild: SMC)

Miniaturisierung lässt viele Menschen automatisch an immer kleinere, schnellere und sparsamere Computer denken. Gäbe es sie nicht, wären heutige Smartphones nicht denkbar. Auch Pneumatik-Komponenten lassen sich miniaturisieren und steigern damit die Effizienz von automatisierten Herstellungsprozessen enorm.

ISO-Ventile sind immer noch weitverbreitet. Die New SY-Serie von SMC liefert bis zu dreifach höhere Effizienz und deutlich geringeres Gewicht bei gleicher Baubreite.
(Bild: SMC)

Als führender Hersteller, Partner und Lösungsanbieter für pneumatische und elektrische Automatisierungstechnik treibt SMC die Entwicklung kleiner, leistungsstarker und energieeffizienter Lösungen voran.

Gleiche Leistung, weniger Bauraum

„Wir entwickeln bereits seit Jahren miniaturisierte Pneumatik“, sagt Thorsten Hergenröther, Innovation Engineer bei SMC Deutschland. „Herzstück vieler unserer Lösungen ist die ovale Magnetspule.“ Mit dieser Form kann die Spule sehr viel kleiner ausgelegt werden als mit rundem Querschnitt – bei gleichbleibender Leistung. Kompaktere Magnetspulen verbrauchen nicht nur weniger Energie, sie erlauben auch, das Pilotventil größerer Ventile zu miniaturisieren.

Bereits im Jahr 2004 nutzte SMC diese Technik und entwickelte die Ventile der SJ-Serie. Mit einem Durchfluss von 40 l/min bis 120 l/min reicht ihre Leistung aus, um Zylinder mit Kolbendurchmessern von 20 bis 25 Millimetern zu betreiben, die in den meisten Industriezweigen gebräuchlich sind. Gleichzeitig sind sie nur etwa halb so groß wie herkömmliche, noch heute weit verbreitete ISO-Ventile.

Kontinuierliche Weiterentwicklung

Und die Entwicklung geht weiter. „Die Serie New SY bietet größere Effizienz. Mit einem maximalen Durchfluss von 1500 l/min schafft etwa die Version New SY7000 die dreifache Leistung eines ISO-Ventils, bei gleicher Breite. Und auch das Gewicht wird um ein Viertel reduziert, statt 160 Gramm wiegen die neuen Ventile nur noch 118 Gramm“, sagt Thorsten Hergenröther. Mit den kompakten Ventilen lassen sich auch große Antriebe steuern.

Für Anwendungen, bei denen die Energieeffizienz im Mittelpunkt steht, bietet SMC zudem mit dem Modell New SY5000 eine Variante, die im Vergleich zu herkömmlichen ISO-Ventilen mit 90 Gramm noch leichter ist. Darüber hinaus baut sie mit 15 Millimeter Breite noch kompakter und spart 65 Prozent Energie.

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3 Fragen an Thorsten Hergenröther

Pneumatische Energie hat den Ruf, eine teure Energieform zu sein, deren Effizienz kritisch bewertet werden muss. Warum kann Pneumatik dennoch eine nachhaltige Lösung sein?

Indem man die Produkte miniaturisiert, also kleiner baut. Dadurch ergibt sich ein geringerer Verbrauchswert. Das betrifft nicht nur die pneumatischen Bauteile, sondern auch elektronische Bauteile wie die Magnetspule im Ventil. Durch die Verkleinerung haben sie natürlich auch einen geringeren Verbrauch. Dadurch lässt sich von der elektrischen Seite der Verbrauch verringern. Eine kleinere Spule ermöglicht dann ein kleineres Vorsteuerventil, welche in der Vergangheit oft überdimensioniert ausgelegt wurden.

Kann man sagen, dass Miniaturisierung grundsätzlich zu weniger Energieverbrauch und höherer Lebensdauer der Komponenten führt?

Definitiv wird die Miniaturisierung zu Einsparungen führen – der Verbrauch an Druckluftvolumen wird geringer werden. Durch die geringere Leistungsaufnahme in den elektrischen Komponenten ist auch die Wärmeentwicklung im Ventilkörper geringer. Die Wärmeausbringung ist sogar so niedrig, dass die Dichtungen der Ventilkörper kaum mehr belastet werden. Die Lebensdauer verlängert sich um das Vielfache.

Wie weit kann die Miniaturisierung in Zukunft noch gehen?

In Zukunft müssen wir auf die pneumatische Seite gehen. Die vorgesteuerten Ventile haben eine Nennweite, den Durchflusskanal. Der Durchflusskanal ist oftmals noch etwas kleiner. Die Herausforderung besteht darin, die Konstruktion eines Ventils so aufzubauen, dass man die Nennweite eines Ventils zur Baugröße optimiert. Und dort geht es hin. Da das Gewicht der Ventile um die Hälfte reduziert wurde, ist es besser möglich die Ventile auf Roboterarme, Traversen oder Portale zu montieren. Die Druckluftschläuche zwischen Antrieb und Ventil müssen dann nicht mehr so lang sein und man spart Druckluftvolumen – also Energie. Und zudem verkürzt sich dank dessen auch die Reaktionszeit.

Vielen Dank, Herr Hergenröther!

Enorm langlebig

Thorsten Hergenröther: „So lassen sich diese Ventile auch an Roboterarmen, Traversen und Portalen direkt bei den Antrieben anbringen. Das spart Druckluftvolumen und ermöglicht kürzere Taktzeiten für eine erhöhte Produktivität.“ Zudem sind die New-SY-Ventile dank ihrer geringen Leistungsaufnahme von nur 0,35 Watt enorm langlebig – Stahlschieber-Ventile halten so bis zu 200 Millionen Zyklen.

Die ovalen Magnetspulen von SMC erzielen 60 Prozent mehr Fläche bei gleicher Größe und können damit sehr viel kompakter ausgelegt werden als runde Spulen.
(Bild: SMC)

Miniaturisierte Pneumatik ist effizienter, leichter und kleiner. Die Lösungen von SMC zeigen, dass es nicht immer ein elektrischer Antrieb sein muss – pneumatische Technik kann den Energieverbrauch enorm reduzieren und gleichzeitig die Produktivität steigern.

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„Damit leisten wir unseren Beitrag, um die Industrie effizienter zu machen und die Emission von Treibhausgasen zu minimieren. Das treibt uns bereits seit dem Kyoto-Protokoll von 1997 an“, sagt Thorsten Hergenröther und verweist damit auf das ökologische Engagement von SMC. „Die Frage, die sich Anlagenbetreibern und Maschinenbauern heute stellt lautet: Sind ISO-Ventile noch die richtige Wahl?“

Dank der Additiven Fertigung kann etwa die Hydrodehnspanntechnik auch für Futter mit HSK-E25-Aufnahme und schlanker Kontur eingesetzt werden, wie die Mapal-Entwickler zeigen. Im Vergleich rechts davon ein Hydrodehnspannfutter mit HSK-A63-Aufnahme. Dieses Ergebnis öffnet viel Anwendungschancen für die Zerspanung im Miniformat.

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