Automatisierungstechnik Pneumatik – geregelt, nachhaltig, energieeffizient

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Die Herstellung von Reifen und die von Wafern scheinen so gar nichts miteinander zu tun zu haben. Bezüglich der Automatisierungstechnik greifen sie aber auf dieselbe Technologie zurück: auf die geregelte Pneumatik.

Bei der geregelten Pneumatik oder Controlled Pneumatics verbinden sich Festo-Proportionaltechnologie, Sensorik und Regelungsalgorithmen zu einem Regelkreis. Es sind mechatronische pneumatische Systeme mit neuartiger Ventil- und Kommunikationstechnik, die eine digitale Einflussnahme in Verbindung mit einer Closed-loop-Regelung auf eine Sensorgröße erlauben.

Insbesondere bei Druck- und Durchflussregelungen schafft diese Technologie neue Anwendungsfelder, die die Grenzen der Pneumatik verschieben und einfachere, sicherere, schnellere, präzisere und effizientere Lösungen ermöglichen. Herkömmliche Standardpneumatik hingegen kommt insbesondere bei einfachen Applikationen wie Punkt-zu-Punkt-Bewegungen zum Einsatz.

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Paradebeispiel für ein Produkt der geregelten Pneumatik ist das Festo Motion Terminal VTEM, mit dem Festo die Pneumatik digitalisiert. Diese Automatisierungsplattform nutzt Piezotechnologie und Motion-Apps, die es ermöglichen, über 50 Einzelkomponenten eines pneumatischen Steuerkreises zu ersetzen.

Digitale Pneumatik für Reifenherstellung

Übertragen auf die Reifenherstellung ergeben sich Einsparpotenziale bei den Beladevorgängen in den Heizpressen: Mit der Motion-App „Wählbares Druckniveau“ erlaubt das Festo-Motion-Terminal das sanfte Einfahren des Grünlings (roher Reifen ohne Profil) in die Presse. Wenn das Handlingsystem zum Beladen weniger schwankt, lässt sich die Einfahrgeschwindigkeit steigern. Dies beschleunigt den Prozess für jeden Reifen um mehrere Sekunden.

Das klingt zunächst nach nicht sehr viel, aber bei weltweit rund 1,8 Milliarden produzierten Pkw-Reifen jährlich können für jeden Reifenhersteller beträchtliche Summen zusammenkommen. Ein weiterer Vorteil der geregelten Pneumatik: Sie verringert die Stoßkräfte und erhöht dadurch maßgeblich die Lebensdauer der eingesetzten Komponenten.

Praktisch dabei ist, dass die Beladevorgänge nicht nur schneller werden, sie benötigen auch weniger Energie, weil der Druck vermindert werden kann und damit der Luftverbrauch im pneumatischen System sinkt. Berechnungen ergaben außerdem Luftverbraucheinsparungen gegenüber der Standardpneumatik von fast einem Drittel pro Bewegung des horizontal eingesetzten Pneumatikzylinders DSBC und von fast drei Vierteln vertikal eingesetzten Zylinder desselben Typs. Für diese Be- und Entladevorgänge ergeben sich Energieeinsparungen allein für die Steuerung der vertikalen und horizontalen Zylinder von etwa 60 Prozent.

App überwacht Leckagen automatisch

Zusätzlich ist auch die Motion-App „Diagnose Leckage“ im Einsatz: Sie vereinfacht das Thema Wartung und überwacht Leckagen automatisch. Fehlfunktionen lassen sich auf diese Weise antriebsbezogen und lokalisiert mittels Diagnosezyklen und definierten Schwellwerten detektieren. Daraus ergibt sich eine sichere Basis für Predictive Maintenance.

Zusätzlich kann das Festo-Motion-Terminal den fehlerhaften Luftkanal verschließen, sodass im Falle einer Leckage nicht immer noch mehr Druckluft nachgeliefert wird. Damit unterbindet die Automatisierungsplattform unnützen Luftverbrauch.

Pneumatikkomponenten

Was intelligente, vernetzte Pneumatik leistet

Wafer sicher transportieren und lagern

Wenn es dagegen in der Halbleiterindustrie um den Transport und die Lagerung von Wafern geht, verhindert das N2-Purge-System von Festo, dass Sauerstoff die Wafer oxidieren lässt. Dafür versorgt der kostengünstige Durchflussregler die Atmosphäre um die Wafer permanent mit inertem Stickstoff. Der Durchflussregler, bekannt auch als Mass Flow Controller MFC, basiert auf Piezotechnologie und integrierter Sensorik.

Die Konstruktion des Piezoventils senkt die Gefahr einer Verunreinigung des Gasstroms durch Partikelabrieb – und das über die gesamte Lebensdauer. Der Spitzenwert liegt bei etwa einem Partikel der Größe von 0,1 Mikrometer pro Schaltung. Konventionelle Lösungen erzeugen den fünffachen Partikelgehalt. Durch die eingesetzte Piezotechnik entsteht kein Verschleiß durch Reibung. Dadurch ist die Standzeit des Ventils ausgesprochen hoch. Im Vergleich zu konventionellen Lösungen bedeutet dies wesentliche Einsparungen in Betrieb und Instandhaltung.

Durchflussregler mit niedrigem Eigenenergieverbrauch

Konstruktionsbedingt sinkt durch den direktbetriebenen Durchflussregler das Risiko von Leckagen. Der elektrische Energieverbrauch beträgt weniger als ein Watt. Das sind in beiden Fällen 80 Prozent weniger als bei herkömmlichen Lösungen. Der geschlossene Regelkreis sorgt für ein genaues, stabiles und lineares Verhalten des Durchflusses – mit nur minimaler Hysterese. Die Wiederholgenauigkeit liegt bei ±0,25 Prozent des Sollwerts.

Mit Controlled Pneumatics, der geregelten Pneumatik, ihrer damit verbundenen Digitalisierung und mit der Piezotechnologie will Festo die Drucklufttechnik technologisch auf ein neues Niveau heben, und zwar ressourcenschonend, energieeffizient und nachhaltig.

Festo liefert pneumatische und elektrische Automatisierungstechnik für 300.000 Kunden der Fabrik- und Prozessautomatisierung in über 35 Branchen. Produkte und Services sind in 176 Ländern erhältlich.

Pneumatik

„Prozesse lassen sich nahezu überall optimieren“

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