Pneumatik Was ist Pneumatik? Funktion, Vorteile und Anwendungen erklärt

Pneumatik kommt in vielen industriellen Anlagen zum Einsatz. Welche Vor- und Nachteile die Drucklufttechnik bietet und wie sie funktioniert, erklären wir hier.

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Sowohl in der Wissenschaft als auch in der Technik wird die Nutzung von Luft und neutralen Gasen zur Druckerzeugung als Pneumatik bezeichnet. Mit Druckluft werden an Maschinen und Anlagen Bewegungen erzeugt. Pneumatik ist ein Teilgebiet der Fluidtechnik, ebenso wie die Hydraulik. Während jedoch in der Hydraulik Flüssigkeiten zur Kraftübertragung dienen, wird in der Pneumatik Druckluft eingesetzt.

Wie funktioniert Pneumatik?

Die Drucklufterzeugung: Der Kompressor saugt die Luft aus der Umgebung an und komprimiert sie und erzeugt dabei zwischen 6 bar und bis zu 40 bar. Dafür erzeugt er mit einem Motor Bewegungen und gibt diese an den Hubkolben oder Verdichtungsschrauben weiter. Wird viel komprimierte Luft gebraucht, können mehrere Kompressoren aneinander gereiht werden. Wird für eine kurze Zeit ein hoher Druck benötigt, sorgt ein Kompressor mit Drehzahlregelung für die nötige Menge an komprimierter Luft.

Die Druckluftaufbereitung: Nicht immer ist die angesaugte Luft wirklich sauber. Oft sind Staub, Pollen, Wasser, Öl und andere Partikel in ihr enthalten. Damit die Lebensdauer der per Druckluft betriebenen Maschinen nicht verringert und deren Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigt wird, müssen diese Verunreinigungen mithilfe von Filtern aus der Luft entfernt werden.

Die Druckluftverteilung: Zu den Verbrauchern wird die komprimierte Luft per Rohrnetz geleitet. Diese Rohre dürfen weder undicht sein, noch Verunreinigungen enthalten. Nur dann bleibt die Qualität, Menge und der benötigte Druck erhalten. Die komprimierte Luft kann entweder direkt per Rohrleitung an die Verbraucher abgegeben werden, sie kann aber auch gespeichert werden. Das ist dann sinnvoll, wenn es Spitzenzeiten gibt, zu denen besonders viel komprimierte Luft zur Verfügung stehen muss.

Wie Pneumatik eingesetzt wird

Antrieb: Pneumatische Antriebe können lineare und rotierende Bewegungen ausführen. Die lineare Bewegung durch Druckluftzylinder ist rationell und wird für viele Bereiche genutzt. Bei schlagenden Druckluftwerkzeugen und -maschinen, zu denen der Drucklufthammer gehört, wird beispielsweise die Druckluftenergie in kinetische Energie umgewandelt. Rüttelmaschinen und Vibratoren sind ebenfalls pneumatisch betriebene Maschinen. Auch Schieber, Ventile, Vorschübe, Werkzeuge und Fahrzeuge können mit pneumatischem Antrieb ausgestattet werden.

Spritzen: Beim Spritzen dient die komprimierte Luft zum Zerstäuben oder zum Auftragen von Stoffen. Sobald die Luft durch die Strahldüse austritt, wird Energie frei und kann Materialien oder Flüssigkeiten mit sich reißen. Sprühpistolen für die Lackierung sind nur ein Beispiel für die Nutzung der Pneumatik. Auch die Verfahren zur Oberflächenbehandlung, beispielsweise Sand- oder Kiesstrahlen, aber auch der Auftrag von Spritzbeton und Mörtel geschieht mit Hilfe der Pneumatik. Wird nicht nur komprimierte Luft, sondern gleichzeitig auch Hitze eingesetzt, lassen sich mit Hilfe von Pneumatik auch flüssige Metalle auftragen, wie beim Lichtbogenspritzen. Flüssigkeiten können mit Hilfe der Pneumatik fein vernebelt werden, wie beispielsweise beim Einsatz von Insektiziden oder Herbiziden in Landwirtschaft und Gartenbau.

Transport: Das bekannteste Beispiel für den Transport mit Hilfe von Pneumatik ist wohl die Rohrpost. Komprimierte Luft ist in der Lage, Flüssigkeiten, Granulate, Pulver, Körner und kleine Stückgüter durch Rohre zu befördern. Ebenso wird der Transport mittels Pneumatik in automatisierten Anlagen genutzt. Soll ein Werkstück vor oder nach einem Arbeitsgang transportiert werden, kann das mittels Druckluft geschehen. Pneumatik hilft beim Umlenken von Objekten auf Transportbändern, und lagert Werkstücke automatisch ein und aus.

Kontrolle und Prüfung: Mit Hilfe von Druckveränderungen können Abweichungen Gewichten, Formen und Abständen festgestellt werden. Viele Positionier-, Sortier- und Bearbeitungsanlagen verwenden Hydraulik zur Zählung, Positionierung und können gleichzeitig das Vorhandensein der entsprechenden Werkstücke überprüfen.

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Die Vorteile von Pneumatik

Überall anwendbar: Luft ist überall verfügbar und kann damit direkt für die pneumatischen Anwendungen genutzt werden. Die nicht mehr benötigte Abluft braucht weder zurückgeführt noch entsorgt zu werden, sondern sie kann einfach zurück ins Freie geleitet werden. In Leitungen kann die komprimierte Luft auch über größere Entfernungen leicht transportiert werden. Das macht sie in großen Anlagen so gut nutzbar: Zentrale Kompressoren erzeugen den nötigen Druck in den Ringleitungen. Da sich dieser Druck leicht konstant halten lässt, werden alle Verbraucher mit einem gleichmäßigen Druck versorgt. Sind die Leitungen dicht, lässt sich dieser Druck auch über größere Entfernungen in einer genau definierten Höhe halten.

Einfach sauber: Wird komprimierte Luft als Arbeitsmedium genutzt, können auch dann weder Öltropfen noch andere Flüssigkeiten auslaufen, wenn die Leitung undicht wird. Das macht die Pneumatik in all den Bereichen so attraktiv und leicht nutzbar, in denen es ganz besonders auf Sauberkeit ankommt. Das gilt für die Pharmaindustrie, aber auch für die Textil-, Leder-, Lebensmittel- und Verpackungsindustrie.

Einfach zu speichern: In den Druckluftbehältern kann die komprimierte Luft einfach gespeichert werden. Wird in einem Druckluftnetz ein solcher Speicher eingebunden, hält dieser den Druck konstant und der Kompressor liefert dann nur nötigen Luftdruck nach, wenn dieser unter einen definierten Wert absinkt. Ist weder Rohrleitungsnetz noch Kompressor vorhanden, liefern Druckluftflaschen die komprimierte Arbeitsluft.

Stufenlos regelbar: Kraft und Geschwindigkeit lässt sich stufenlos regeln. Das gilt sowohl für lineare, aber auch für rotierende Bewegungen.

Leichte Maschinen: Werden Maschinen mit komprimierter Luft betrieben, bringen sie weniger Gewicht auf die Waage als die gleichen Maschinen mit Elektroantrieb.

Hohe Sicherheit: Pneumatische Antriebe arbeiten unabhängig von Temperaturen und sind bei Hitze und Kälte gleichermaßen gut einsetzbar. Selbst die extreme Hitze von Schmelzöfen oder Schmieden macht ihnen nichts aus. Sind Leitungen oder Geräte undicht, wird damit weder die Funktionsfähigkeit noch die Sicherheit einer Anlage gefährdet. Sämtliche Bauteile und Anlagen, die mit Druckluft betrieben werden, verfügen über eine hohe Lebensdauer und verschleißen nur sehr gering. Komprimierte Luft ist zudem brand- und explosionssicher. Werden Maschinen und Anlagen mit pneumatischen Antrieben verwendet, können sie in Bereichen arbeiten, die schlagwetter-, feuer- oder explosionsgefährdet sind.

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Robust und einfach: Pneumatisch betriebene Geräte und Maschinen sind robust und einfach aufgebaut. Sämtliche pneumatischen Elemente lassen sich nicht nur leicht montieren, sondern können im Bedarfsfall anderswo wieder verwendet werden. Die Montage ist schnell und einfach und kann damit selbst von einfachen Monteuren durchgeführt werden.

Überlastsicher: Sämtliche Geräte und Anlagen können belastet werden und sind überlastsicher. Wird aus einem Stromnetz zu viel Strom auf einmal entnommen, kommt es zu einer Überlastung des Netzes bis hin zum Totalausfall. Wird jedoch aus einem Druckluftnetz mehr Luft entnommen, als die Kompressoren an Druck liefern können, kann die entsprechende Arbeit nicht mehr erledigt werden. Es kommt dabei jedoch nicht - wie bei Überlast im Stromnetz - zu Netz- oder Geräteschäden.

Schnell und präzise: Mit Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 20 Metern pro Sekunde arbeitet die Pneumatik wesentlich schneller als die Hydraulik. Hier sind lediglich fünf Meter pro Sekunde möglich. Damit können Vorgänge sehr schnell ablaufen.

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Die Nachteile von Pneumatik

Niedriger Wirkungsgrad: Wird die Luft am Kompressor verdichtet, ist dafür Energie notwendig. Ein Teil dieser Energie wird in Wärme umgewandelt. Wird die Wärme zurückgewonnen, geht trotzdem Energie verloren.

Lärm: Wird mit komprimierter Luft gearbeitet, entsteht Lärm. Schalldämpfer können diesen nur zum Teil verhindern.

Aufbereitung der Luft ist nötig: Bevor komprimierte Luft eingesetzt werden kann, muss sie in der Regel aufbereitet werden. Nur so ist sicher, dass sie weder Feuchtigkeit noch Verunreinigungen enthält.

Kälte: Werden Motoren und Anlagen von komprimierter Luft durchströmt, kühlen sie spürbar ab und können sogar vereisen.

Begrenzte Kräfte: Die Kraft, die ein pneumatischer Kolben übertragen kann, ist begrenzt und hängt vom vorhandenen Betriebsdruck ab.

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Anwendungsbeispiele von Pneumatik

• Viele Abfüllanlagen in der Lebensmittelindustrie funktionieren mit Hilfe von Pneumatik. Damit können Flaschen, Säcke, Container und andere Behältnisse sauber und schnell mit Flüssigkeiten oder Feststoffen befüllt werden.

• Druckluftwerkzeuge wie Lackier- und Farbspritzpistolen, aber auch Klammer-, Nagel- und Nietgeräte können wie viele andere Werkzeuge auch, mit Druckluft betrieben werden. Viele Autowerkstätten setzen Geräte wie Druckluftschleifer, Ausblaspistolen, Wagenheber, Drehschrauber und Bohrmaschinen ein. Im Vergleich von Druckluftschrauber mit Akkuschrauber zeigt sich, dass der Druckluftschrauber zwar wesentlich lauter ist, dafür aber auch leichter in der Hand liegt.

• Druckluftsteuerungen: Werden Systeme pneumatisch gesteuert, sind sie gegenüber Einflüssen aus der Umwelt relativ unempfindlich. Das gilt für extreme Temperaturen, Stöße, Schmutz oder Schwingungen. Ob Strahlenbelastung oder Explosionsgefährdung: Pneumatik macht derartige Steuerungen sicher. Wird in einer Produktionsstätte per Kompressor komprimierte Luft erzeugt und in einem entsprechenden Speicher gespeichert, arbeiten die Maschinen selbst dann weiter, wenn ein Kompressor zur Versorgung ausfallen sollte.

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