Pneumatik

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Was ist Pneumatik?

Die Pneumatik beschäftigt sich als Wissenschaft und Technik mit der Nutzung von Luft oder neutralen Gasen als Druckmedium. Das Druckmedium wird häufig dazu eingesetzt, mechanische Bewegungen durch Pneumatikzylinder zu erzeugen. Allerdings werden Druckmedien oft auch für andere Zwecke eingesetzt. Beispiele dafür sind die Prozessluft, die in bestimmte Verfahren eingebunden ist oder die Aktivluft für die Förderung von Stoffen bei der Lackierung.


Pneumatik einfach erklärt

Wie die Hydraulik, die sich mit dem Strömungsverhalten von Flüssigkeit beschäftigt, zählt die Pneumatik zur Fluidtechnik. In der Pneumatik nutzt man statt Flüssigkeit aber immer Druckluft (früher: Pressluft) als Arbeitsmedium. So lässt sich der Begriff Pneumatik auch vom griechischen Wort Pneuma ableiten und bedeutet "Atem" oder "Wind". Die Druckluft in der Pneumatik ist atmosphärische Luft, die erst angesaugt, komprimiert und gereinigt wird, bevor sie für unterschiedliche Bereiche verwendet wird. Die verschiedenen Stufen der Druckluft 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 Verdichter mit Drehzahlregelung verwendet, 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 beispielsweise Verschmutzungen, verölte Maschinenteile und hoher Verschleiß auf. Filteranlagen reinigen die Druckluft. Wie sauber die Druckluft sein muss, ist von Fall zu Fall verschieden. Ist eine besonders hohe Sauberkeit der Druckluft gefordert, verwendet man mehrere 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 Druckluft 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 Druckluft auch in sogenannten Druckluftspeichern (Pneumatikspeicher) gelagert werden. Druckluftspeicher sind dann wichtig, wenn der Verbrauch der Druckluft zuweilen enorm ansteigt. In solchen Fällen gleichen sie den übermäßigen Verbrauch aus und garantieren somit die Stabilität im Druckluftnetz.

Einsatz der Druckluft

Die Druckluft kann anschließend für folgende Betätigungen genutzt werden:

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

Anwendungsgebiete

Pneumatik in der Anwendung bei Festo

Die Anwendung der pneumatischen Systeme findet in folgenden Branchen statt:

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

Pneumatische Antriebe

Es existieren verschiedene Arten von pneumatischen 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).

pneumatische Antriebe

Steuerungen in der Pneumatik

Ventile 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 der Pneumatik

Pneumatische Systeme anzuwenden, bringt viele Vorteile aber auch einige Nachteile mit sich.

Vorteile

  • Pneumatik Systeme sind 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 pneumatisches System 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, was zu steigenden Energiekosten führt.

Lieferanten und Hersteller Pneumatik Komponenten und Pneumatik Systeme

pneumatischer Antriebe, Steuerungen und pneumatischer Bauteile==

AVENTICS

Die AVENTICS GmbH ist ein führender Hersteller pneumatischer Antriebe, Steuerungen und Bauteile. AVENTICS fertigt Produkte für die Automatisierungstechnik und hat sich dabei auf die Lebensmittelbranche, Schiffbauindustrie, Automobilindustrie und Medizintechnik spezialisiert. Bei AVENTICS arbeiten weltweit um die 2.000 Mitarbeiter z.B. in Produktionsstätten in Deutschland, den USA, China, Ungarn oder Frankreich. Bereits auf 150 Jahre Pneumatikerfahrung kann das Unternehmen AVENTICS zurückblicken.

Festo

Festo ist ein führendes Unternehmen im Bereich der Industrieautomation (Festo Automation) und stellt unter anderem Pneumatikkomponenten und -systeme her. Im zweiten Geschäftsbereich von Festo, der technischen Aus- und Weiterbildung (Festo Didactic), hat sich das Unternehmen den Rang des Weltmarktführers gesichert. Das Familienunternehmen ist mit mittlerweile rund 18.800 Mitarbeitern weltweit aktiv.

Mader

Mader ist ein Dienstleitungsunternehmen, das kundenspezifische Wünsche im Bereich der Drucklufttechnik umsetzt. So sorgt Mader nicht nur für die Planung und Realisierung pneumatischer Systeme, denn Mader begleitet die Unternehmen auch während des Einsatzes der neuen Druckluftanlagen (z.B. Wartungsservice). Die Mader GmbH & Co. KG ist an zwei Standorten mit insgesamt 85 Mitarbeitern präsent.

Weitere Hersteller

  • AIRTEC
  • Bosch Rexroth
  • HAFNER
  • HANSA-FLEX
  • rogatti
  • SMC
  • Timmer

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