Pneumatik Pneumatik entwickelt sich zur Mechatronik

Vor dreiundzwanzig Jahren kam die pneumatische Ventilinsel auf den Markt. Diese zentrale Steuerungseinheit entwickelte sich permanent weiter und revolutioniert noch heute die Sensor-Aktor-Ebene.

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Vor 55 Jahren entwickelte Festo den ersten einfach wirkenden Zylinder und begründete damit die industrielle Nutzung der Pneumatik für die Industrie. Die Zylinder kamen als pneumatische Schnellspannung von Werkstücken in Kettenfräsmaschinen von Festo zum Einsatz. Die Marke Festo aus Esslingen stand damals schon für qualitativ hochwertige Holzbearbeitungsmaschinen (heute Festool).

In den vergangenen 20 Jahren machte die Pneumatik die wichtigsten Entwicklungsschritte. Die Trends dieser Zeit: Die Automatisierungsprodukte wurden kleiner, leichter und vor allem schneller. Die Mechatronik, das Verschmelzen von Mechanik, Elektronik und Software ermöglicht heute sogar die zustandsorientierte Instandhaltung mittels Diagnose-Features.

Automatisierung vereinfachte und beschleunigte Prozesse

Heute arbeiten rund 62.000 Druckluftanlagen in deutschen Fertigungsbetrieben – zum Spannen, Klemmen, Bewegen und Handhaben von Werkstücken. Die Automatisierung vereinfachte und beschleunigte Prozesse. Jedoch je mehr pneumatische Antriebe und Ventile zu deren Ansteuerung in den Maschinen und Anlagen im Einsatz waren, desto größer wurde 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 die Bestellung der Einzelteile Fehlerquellen. Oft merkten die Anlagenbauer erst bei der Montage, dass die bestellten Teile nicht passten.

Ventilinsel revolutionierte die pneumatische Installationstechnik

Abhilfe schaffte zunächst die Batteriemontage der Ventile, die mehrere Einzelventile zusammenfasste. Doch erst die Erfindung der Ventilinsel war für die pneumatische Installationstechnik eine Revolution, denn konventionelles elektrisches Verdrahten und pneumatisches Verschlauchen waren sehr zeit- und kostenintensiv. 1987 präsentierten die Forscher und Entwickler 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 Automobilindustrie schätzt man die zuverlässige und nahezu unverwüstliche pneumatische Steuerung. Typ 03 war die erste modular aufgebaute Ventilinsel. Modulare Ventilinseln können erweitert oder verkleinert werden.

Demgegenüber ist die Anzahl der Ventilplätze bei kompakt aufgebauten Ventilinseln unveränderbar. Sie haben eben den Vorteil, vergleichsweise klein und kompakt bei hoher Leistungsdichte zu sein und können damit nahe der Antriebe inmitten der Maschinen und Anlagen installiert werden. Damit können Schläuche und Kabel relativ kurz gehalten und die Effizienz der Druckluft gesteigert werden. Der millionenfach bewährte Klassiker für die Montage- und Handhabungstechnik sowie viele Branchenanwendungen ist seit 1996 die CPV, die Compact-Performance-Ventilinsel.

Sie gibt es auch seit 2001 als Miniatur-Ausführung CPV-SC (Smart Cubic), die in der Elektronik- und Light Assembly-Industrie für 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.

Diagnose und Condition Monitoring

Vorläufiger Höhepunkt der Ventilinsel-Technologie ist die CPX/MPA, die die Automatisierungstechnik zu Beginn des 21. Jahrhunderts prägt. Ihre Stärken: modularer Aufbau der Ventilinsel MPA bei hoher Leistungsdichte in Verbindung mit dem elektrischen Terminal CPX. Mit Diagnose- und präventiver Wartungsfunktion hilft das CPX-Terminal, die Maschinenverfügbarkeit zu erhöhen. Das Messen und Regeln von Drücken und Temperatur gehört auch dazu. Messmodule machen Pneumatikzylinder zu Sensoren, die Platz und Zeit sparen.

Das elektrische Terminal CPX passt zu allen gängigen Feldbus- und Ethernet-Systemen sowie firmeninternen Installationsstandards. Drei wählbare Installationskonzepte von zentral über dezentral bis hybrid verkürzen die Taktzeiten um bis zu 30 % und reduzieren den Luftverbrauch um bis zu 50 %. Die umfangreiche Funktionsintegration mit Pneumatik, Elektrik und Motion senken die Systemkosten um bis zu 20% und die Installationszeit um bis zu 60 %. Damit trägt sie ihren Teil zu höherer (Energie-)Effizienz bei.

Steuern elektrischer Achsen

Für die Funktionen Control for Motion, Safety oder Diagnose werden spezielle Technologie-Module ins CPX-System integriert. Das spart Zeit und Kosten in der Installation und im Betrieb. Elektrische Mehrachs-Controller in Form von CPX-Modulen steuern bis zu 31 elektrische Antriebe als Einzelachsen oder bis zu acht synchrone Achsen mit Interpolation in 2,5 D über CANopen.

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