Wie stark die ‚Anlagen-Intelligenz‘ dezentralisiert wird, hängt von den Kosten und der Beherrschbarkeit der Komplexität ebenso ab wie von funktionalen Erfordernissen, wie diese Ausführungen von Dr. Hoffmeister zeigen: „Es gibt aus meiner Sicht zwei Haupttrends bei der dezentralen Ansteuerung von pneumatischen Antrieben: Zum einen Zylinder mit direkt angebauten oder integrierten Ventilen. Sie haben die Vorteile, dass kein Totvolumen durch zusätzliche Verschlauchung entsteht und verfügen damit über schnellere Reaktionszeiten und geringeren Energieverbrauch. Gleichzeitig reduziert sich der pneumatische Installationsaufwand aufgrund weniger Verschlauchungen. Es entsteht jedoch erhöhter Verkabelungsaufwand und die Anbindung an Bussysteme ist aufwendig, da jedes Ventil separat angekoppelt werden muss. Zum anderen besteht der Trend zu dezentralen Ventilinseln. Kompakte Ventilinseln können für dezentrale Positionierung auch bei begrenztem Bauraum eingesetzt werden und bieten eine optimale Kombination aus einfacher Installation – nur eine Busanbindung und eine Pneumatikversorgung für mehrere Ventile – und die dezentrale Verteilung. Daher entsteht weniger Energieverbrauch durch geringeres Totvolumen, da die zu be- und entlüftenden Schläuche kürzer sind und die Dynamik sowie die Reaktionszeiten verbessern sich dadurch ebenfalls. Dezentrale intelligente Ventilinseln wie das CPX-Terminal von Festo sehe ich daher als perfekte Basis für Industrie 4.0-Ansätze wie Predictive Maintenance oder lückenloses Prozess- und Energiemonitoring.“

Vernetzung, Bild: Festo
Durch die voranschreitende Vernetzung verraten Komponenten immer mehr über sich selber und ihren Zustand. Bild: Festo

Natürlich interessiert, wie – mit der Industriebrille gesehen – Industrie 4.0 Einfluss auf die Weiterentwicklung der Pneumatik nimmt. Dr. Hoffmeister ist sich sicher: „Die Digitalisierung wird der Pneumatik neue Impulse vermitteln. Mittels funktionsintegrierter Sensoren, dem Zusammenziehen von mehr Informationen und besseren Algorithmen werden wir genauer steuern und feiner regeln können. Wir werden weiterhin an neuartigen Sensor- und Verbindungstechnologien arbeiten. Unsere Bionic Ants sind hier ein gutes Beispiel. Diese Verbesserungen werden an vielen verschiedenen Stellen im pneumatischen System angreifen und eine weitaus höhere Flexibilität in der Produktion als heute ermöglichen.“

Wunder kann Industrie 4.0 aber keine bewirken, gibt Dr. Reinertz zu bedenken: Die neue industrielle Revolution sollte allerdings nicht unterschätzt werden. Sonst kann es leicht passieren, dass einem Unternehmen oder gar einer ganzen Branche im globalen Wettbewerb der Wind plötzlich heftig ins Gesicht bläst. Doch wer mit der Zeit geht und die tendenziell immer einfacher zu bewerkstelligende Vernetzung der Komponenten und Systeme Schritt für Schritt umsetzt und damit das zukünftige Bild der vernetzten Industrie zumindest in seinem Umfeld mitgestaltet, der wird seinen Vorsprung halten und vielleicht sogar ausbauen können. Neben den bekannten fluidtechnischen und mechanischen Eigenschaften treten bei der Komponentenauswahl zukünftig weitere Aspekte in den Vordergrund. Neben der noch vorhandenen Frage der Schnittstellenkompatibilität ist dies im Wesentlichen der im Netzwerk angebotene Funktionsumfang, wie beispielsweise die Fähigkeit zur Realisierung der Predictive Maintenance oder zur System­optimierung. Insbesondere der­artige Funktionen bieten die Möglichkeit zur Produktdiversifizierung, da zur Implementierung zum Teil ein enormes Wissen im Bereich der Pneumatik und des spezifischen Komponentenverhaltens notwendig ist. Und last but not least wird sich im Rahmen der augenblicklichen industriellen Revolution auch der gesamte Anlagenservice drastisch verändern. Dass Servicetechniker eben mal zu einer Anlage fahren oder gar fliegen, um nachzusehen, wie diese läuft, das gehört heute vielerorts schon der Vergangenheit an. Selbst- und Ferndiagnose mit Fernwartung, in eng gesetzten Grenzen aber auch die Ferninstandsetzung, werden den Anlagenservice drastisch verändern. jl

Hintergrundwissen: Neue Materialien für Zylinder

Duratec hat die Fertigung und Vermarktung von Pneumatikzylindern aus GFK und CFK auf Sparflamme reduziert. Trotz hervorragender Produkteigenschaften sei es noch zu schwierig, Käufer zu finden. Bild: Duratec

Das Schweizer Unternehmen Duratec hat weitgehend aus CFK hergestellte Pneumatikzylinder entwickelt, die gegenüber konventionellen Aluminiumzylindern mit einer Gewichtseinsparung von 50 Prozent aufwarten können. Außerdem bieten diese Zylinder eine sehr hohe Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit. Rolf Nauer, bei Duratec als einer der beiden geschäftsführenden Gesellschafter zuständig für den Verkauf Composites und Chemie, hat unlängst jedoch die Entscheidung getroffen, die technische Weiterentwicklung und den Vertrieb der Leichtgewichte auf Eis zu legen. Als Grund nennt er die Schwierigkeit, für die sehr speziell ausgelegten Produkte Käufer zu finden. Nauer vergleicht das mit der Suche nach einer Stecknadel im Heuhaufen. Auf Wunsch kann das Unternehmen die Zylinder auch aus GFK herstellen und damit um einiges billiger als aus dem doch recht teuren CFK. Umgekehrt gestaltet sich natürlich auch für Bedarfsträger die Suche nach einem Lieferanten mit Erfahrungen bei GFK- und CFK-Zylindern nicht leicht.

Im Unterschied zur Herstellung von Pneuma­tikzylindern aus GFK oder CFK könnte künftig ein neuer Werkstoff von Ineros Styrolution zu glatteren Oberflächen verhelfen. Dies betrifft thermo­plas­tische Composites, die gegenüber duroplastischen Harz-Härter-Systemen ohnehin erhebliche Verarbeitungsvorteile aufweisen. Der neue Matrixwerkstoff lässt es zu, Bauteile mit Ultraschall zu verschweißen und die Zylinder sogar im Spritzgießverfahren mit komplexen Formgebungen zu erzeugen. Das Problem lag bislang darin, dass zum Beispiel Glasfasern beim Abkühlen ein erheblich geringeres Schwindungsverhalten aufweisen als die oft semikristalline Polymer-Matrix. Dadurch können sich Unregelmäßigkeiten in der Faserstruktur auf der Oberfläche des Bauteils abzeichnen.

Styrolpolymere besitzen sehr gute Fließeigenschaften und erlauben eine hervorragende Imprägnierung bis zu einem Faservolumengehalt von 50 Prozent. Um die Haftung der Glasfasern oder Kohlenstofffasern an den Styrolpolymeren zu verbessern, wurden die Matrixwerkstoffe chemisch modifiziert. Dies führte zu einem neuen Verbundwerkstoff, dessen Leistungsprofil sich mit dem führender verfügbarer GFRTs (PA6 oder Polycarbonat basierend) bezüglich der Steifigkeit, Festigkeit und Schlagzähigkeit messen kann. Die amorphe Natur der Styrolpolymer-Matrix sorgt außerdem dafür, dass beim Konsolidierungsprozess eine deutlich geringere Schwindung stattfindet und dadurch die resultierende Oberflächenwelligkeit erheblich reduziert wird.