Pneumatik

Ein Ingenieur überprüft pneumatische Ventile mit einem Schraubendreher

Wie die Hydraulik, die sich mit dem Strömungsverhalten von Flüssigkeit beschäftigt, zählt die Pneumatik zur Fluidtechnik (eine Antriebstechnik) und nutzt die Druckluft (früher: Pressluft) als Arbeitsmedium

So lässt sich der Begriff Pneumatik auch vom griechischen Wort Pneuma ableiten und bedeutet „Atem“ oder „Wind“: Diese Druckluft ist atmosphärische Luft, die erst angesaugt, komprimiert und gereinigt wird, bevor sie verwendet wird. Die 4 Stufen in pneumatischen Systemen sind daher:

1. Drucklufterzeugung
2. Druckluftaufbereitung
3. Druckluftverteilung und
4. der eigentliche Einsatz der Druckluft.

Drucklufterzeugung

Mithilfe eines Verdichters (Kompressor) wird die in pneumatischen Systemen erforderliche Druckluft gewonnen. Dafür absorbiert das Pneumatik System mithilfe von Ansaug- und Auslassventilen die Umgebungsluft und komprimiert diese. Dies geschieht, indem durch einen elektrisch betriebenen Motor mechanische Bewegungen generiert und an einen Hubkolben oder Verdichtungsschrauben weitergegeben werden. Besteht ein großer Bedarf an Druckluft werden mehrere Verdichter aneinandergereiht. Diese großen, ungeregelten Kompressoren stellen den Grundbedarf an Druckluft zur Verfügung. Für die Spitzenlast wird ein einzelner Kompressor mit Drehzahlregelung eingesetzt, was einen effizienten Betrieb garantiert. Normalerweise herrschen in einer Druckluftanlage etwa 6 bar. In Ausnahmefällen können jedoch bis zu 40 bar erzeugt werden.

Druckluftaufbereitung

In der Druckluft sind Verunreinigungen enthalten (Wasser, Öl, Partikel), die es zu entfernen gilt, da diese auf Dauer die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer der Maschinen beeinträchtigen. So treten bei unzureichender Druckluftaufbereitung unter anderem Verschmutzungen, verölte Maschinenteile und hoher Verschleiß auf. Filteranlagen reinigen die Druckluft. Ist eine besonders hohe Sauberkeit der Druckluft gefordert, verwendet man mehrere Filter (siehe auch Hersteller Filter). Da jeder (verschmutzte) Filter gleichzeitig aber auch einen Durchflusswiderstand darstellt und somit zu Druckabfall führt, gilt aus wirtschaftlicher Sicht die Regel, nur so viel zu filtern wie nötig ist.

Druckluftverteilung

Rohre leiten die Druckluft an die Verbraucher. Diese Druckluftrohrnetze gleichen einer Energieleitung, da sie den Energieträger möglichst effizient transportieren. Es ist daher wichtig, dass die Rohre weder Verunreinigungen (z.B. Wasser, Rost oder Schweißzunder) noch undichte Stellen aufweisen. Nur so lassen sich Fließdruck, Luftmenge und Luftqualität erhalten. Neben der direkten Abgabe der Druckluft an ein Druckluftrohrnetz kann die komprimierte und gereinigte Luft auch in sogenannten Druckluftspeichern (Pneumatikspeicher) gelagert werden. Druckluftspeicher garantieren die Stabilität im Druckluftnetz, wenn der Verbrauch der zuweilen stark ansteigt.

Einsatz der Druckluft

Die Druckluft kann anschließend für folgende Betätigungen eingesetzt werden:

• Erzeugung mechanischer Bewegungen durch Pneumatikzylinder, bspw. Einspannen, Auswerfen und Verschieben von Werkstücken
• Trocknen und Ausblasen mittels Düsen
• Druckluftmotor für Schleif-, Bohr- und Schraubmaschinen
• Lackieren und Beschichten von Oberflächen durch Spritzen
• Schalten anderer Ventile mithilfe eines Pneumatik Pilotventils
• Versetzen und Befördern von Teilen durch Saugpneumatik oder Greifen

Anwendungsgebiete

Die Anwendung der pneumatischen Antriebstechnik findet in folgenden Branchen statt:

• Maschinenbau
• Verfahrenstechnische Industrie
• Mineralölindustrie
• Bergbau
• Chemische Industrie
• Lebensmittelherstellung
• Textilindustrie
• Holzindustrie
• Land- und Forstwirtschaft
• Papierindustrie
• Wasserversorgung
• Weltraumtechnik
• Kernforschung
• Medizintechnik

Pneumatische Antriebe

Es existieren verschiedene Arten von Pneumatik Antrieben, die mechanisch Arbeit verrichten. Zum Beispiel zählen Druckluftmotoren und pneumatische Muskel zu diesen Bauteilen für Antriebe. Am häufigsten treten in der Steuerungstechnik jedoch Pneumatikzylinder auf. Ein Pneumatikzylinder ist ein Bauteil, das mit Druckluft als Medium eine Bewegung ausführt und heißt daher auch Druckluftzylinder. Jeder Zylinder hat andere Funktionen und Antriebsarten. Es gibt folgende Druckluftzylinder: Kolbenstangenzylinder, kolbenstangenlose Zylinder, Schwenkzylinder, Stopperzylinder, Tandem und Mehrstellungs- Zylinder, Klemm- und Spann-Zylinder, Balg- und Membran- Zylinder.

Ein pneumatisches Antriebssystem ist folgendermaßen aufgebaut: Im jeweiligen pneumatischen Antrieb (Kraftmaschine) wird pneumatische Energie (Druckluft) in mechanische Energie umgewandelt und an die Arbeitsmaschine abgegeben, die Bewegungs- und Stellvorgänge ausführt (siehe Abbildung).

Steuerungen in der Pneumatik

Ventil haben grundsätzlich eine Steuerungsfunktion und können auf unterschiedliche Weise betätigt werden:

• pneumatische Ventile (oder auch Pneumatikventile) werden durch Druckluft gesteuert.
• mechanische Ventile werden von der Maschine selbst bedient, sind also mechanisch (Feder, Rolle, Stößel).
• elektrische Ventile (Magnetventil) funktionieren mit elektrischer Spannung (Elektromagnet).
• manuelle Ventile werden mit reiner Muskelkraft ausgeführt (Pedal, Hebel, Knopf).

In der Fluidtechnik bestimmen Ventile die Fließrichtung oder die Luftmenge. Wird in der Pneumatik also ein Ventil betätigt, steuert das Ventil die Menge der Luft, die durch es hindurchströmen soll. In der Hydraulik würde es die Menge an Flüssigkeit bestimmen.

Vor- und Nachteile pneumatischer Systeme

Vorteile

• ist gegenüber Umwelteinflüssen (Temperaturschwankungen, Schwingungen, Strahlenbelastung etc.) sehr robust
• Die Anforderungen (z.B. Druckluft) von pneumatischen Systemen sind in den meisten Fällen bereits gegeben.
• Gegenüber Hydraulik Systemen erreichen pneumatische Systeme eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und sind oft preiswerter.
• Bei einem Ausfall oder bei Überstrapazierung entsteht bei pneumatischen Systemen keinen Schaden.
• Atmosphärische Luft steht unbegrenzt und kostenfrei zur Verfügung (muss allerdings noch komprimiert und aufbereitet werden, damit sie in der Pneumatik Verwendung findet).
• Die Abwärme pneumatischer Systeme tritt direkt am Kompressor aus und kann anschließend zur Heizung oder Kühlung genutzt werden.

Nachteile

• Der Druck, den ein System pneumatisch aufbringen kann, ist, verglichen mit Hydraulik Systemen, relativ gering.
• Pneumatik Antriebe können durch die kalt hindurchströmende Luft vereisen.
• Druckluft, die entweicht, verursacht immer auch Lärm, was das Wohlbefinden der Mitarbeiter beeinträchtigt.
• Die Druckluftaufbereitung ist aufwendig.
• Pneumatische Anlagen müssen regelmäßig gewartet werden, da stets die Gefahr besteht, dass Druckluftspeicher explodieren. Diese Wartung verursacht hohe Kosten.
• Leckagen werden oftmals lange Zeit nicht bemerkt, da sie nur schwer ausfindig zu machen sind. Das ist schlecht, denn Leckagen führen zu steigenden Energiekosten.

Arbeitsschutz

Um entsprechende Unfälle im Umgang mit pneumatischen Systemen/Druckluftsystemen zu vermeiden, schreibt das Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) einen sicheren Vorgang vor. Dabei sollen Gefahren von vornherein vermieden werden. Welche Maßnahmen es gibt, sind in einem 3-seitigen Dokument des IFA aufgelistet.

Lieferanten

• AIRTEC ist Experte für die Entwicklung von Steuerungstechnik in der Pneumatik. Z.B. Pneumatikzylinder (kolbenstangenlose Zylinder und Kolbenstangenzylinder) und Ventile (elektrisch betätigte, Pneumatikventile, Funktionsventile...) her.
• AVENTIC ist ein führender Hersteller pneumatischer Antriebe, Steuerungen und Bauteile mit 150 Jahren Pneumatikerfahrung. AVENTICS ist spezialisiert auf die Lebensmittelbranche, Schiffbauindustrie, Automobilindustrie und Medizintechnik.
• Festo ist im Bereich der Industrieautomation (Festo Automation) tätig und stellt unter anderem Komponenten und Systeme für die Pneumatik her.
• HANSA-FLEX ist v.a. im Bereich Hydraulik bekannt, deckt aber die gesamte Fluidtechnik ab, hat also auch pneumatische Komponenten im Angebot.

• Krausser Druckluft bezieht seine Pneumatiksysteme vom japanischen Hersteller SMC. Das Unternehmen ist u.a. spezialisiert auf: Druckluftaufbereitung, Schwenkantriebe, Druckschalter / Vakuumschalter, Robotergreifer, Elektromagnetventile.
• Mader ist ein Dienstleitungsunternehmen, das kundenspezifische Wünsche im Bereich der Drucklufttechnik umsetzt. Mader begleitet die Unternehmen auch während des Einsatzes der neuen Druckluftanlagen (z.B. Wartungsservice).
• Timmer ist Hersteller und Lieferant für Pneumatik Komponenten und Zubehör. Gängige Pneumatikventile sind genauso wie Sonderzylinder im Produktportfolio enthalten.
• Weitere Hersteller/Anbieter: Bosch Rexroth, HAFNER, rogatti, SMC, Conrad

Pneumatik Zubehör

Pneumatik Zubehör lässt sich auch online im Shop kaufen. Zum Beispiel kann man über Conrad bestellen. Dort werden Verschlussstopfen, Schlauchklemmen oder Verteilerblöcke angeboten. Ganze Systeme bietet Conrad nicht, hierfür sind Hersteller wie Hansa-Flex gefragt. Einige Hersteller verfügen über einen eigenen Online Shop, wo pneumatische Komponenten bestellt werden können.