Miniaturisierte Pneumatik wird unter anderem in der Robotik, Verpackungs- und Medizintechnik eingesetzt

Miniaturisierte Pneumatik wird unter anderem in der Robotik, Verpackungs- und Medizintechnik eingesetzt und steigert dort die Produktionseffizienz. Sie zeichnet sich durch flexiblere Positionierung und geringeren Energieverbrauch aus. - Bild: CrazyCloud/adobe-stock.com

| von Tobias Hartherz, Product Management, SMC

Der Trend zur Miniaturisierung in der Automatisierung ist ungebrochen. Kein Wunder, bietet die Entwicklung immer kleinerer Komponenten für Maschinen oder Anlagen doch riesige Vorteile in mehrfacher Hinsicht: Sie reduzieren Platzbedarf, Gewicht und Verschleiß. Je kleiner etwa Ventile, Greifer, Schwenkantriebe oder Präzisions-Schlitteneinheiten ausfallen, umso flexibler lassen sie sich positionieren und umso mehr reduzieren sie den Energieverbrauch. Auf diese Weise lässt sich die Kosten- und Produktionseffizienz in praktisch allen Industriezweigen steigern.

Pneumatik im Roboter effizienter machen

Ein Beispiel sind pneumatische Antriebe in Robotern: Da ein niedrigeres Gewicht auch die Masse und das Trägheitsmoment reduziert, lässt sich der pneumatische Antrieb auf Robotern weiter weg von deren Rotationsachsen platzieren. So kann die Ventilinsel näher an Aktoren wie Greifern angeordnet werden – und zum Verbraucher genügt eine kurze Verschlauchung.

Mit den JSY-Magnetventilen von SMC ist das beispielsweise möglich: Dank eines schlanken Designs fällt auch das Gewicht sehr gering aus. Die kompakte Bauweise – von den einzelnen Magnetventilen bis hin zu den entsprechenden Ventilinseln – verringert die Masse und damit das Trägheitsmoment, was sie ideal für die Montage an beweglichen Teilen macht.

In dem Zusammenhang gehört auch eine verbesserte Druckluftaufbereitung zur ingenieurtechnischen Leistung moderner Hersteller. Denn die Mikropneumatik spart neben Raum und Gewicht auch Druckluft ein. Und deren Versorgung kann wesentlich kleiner dimensioniert werden.

Die pneumatischen Parallelgreifer der Serie JMHZ2
Die pneumatischen Parallelgreifer der Serie JMHZ2 sorgen bei Roboter- und Pick-and-Place-Anwendungen dank ihres kompakten Designs auch bei wenig Platz für sicheren Halt. - Bild: SMC Deutschland

Kleine Ventile mit hohem Durchfluss

Das schließt den Kreis zur erwähnten Verschlauchung: Die Verringerung des Masseträgheitsmoments ermöglicht die Verwendung von (Roboter-)Antrieben mit niedriger Leistung, was Energie spart. Jedoch gilt bei der Miniaturisierung in der Pneumatik auch: Um die erforderliche Leistung zu erreichen, muss entsprechendes Luftvolumen befördert werden.

Hier kommen Schlauchleitungen ins Spiel. Große Schlauchdurchmesser weisen bei hohem Durchfluss einen geringeren Druckabfall über den Schlauch auf als engere Leitungen. Antriebe erhalten so mehr Luft – deutlich verkürzte Zykluszeiten sind die Folge. Hersteller wie SMC entwickeln daher erfolgreich Ventile mit reduzierter Baubreite, die dennoch den Anschluss von Schläuchen mit großen Durchmessern und hohe Durchflussraten ermöglichen.

Die Miniatur-Ventile der Serie JSY
Die Miniatur-Ventile der Serie JSY sind ideal für Pneumatikanwendungen in Bewegung und bieten höchste Durchflussleistung bei extrem kompakter Leichtbauweise. - Bild: SMC Deutschland

Gewicht reduziert um 43 Prozent

Neben der Miniaturisierung kompletter Serien können aber auch einzelne Baugrößen mitentwickelt werden, um das Spektrum an Lösungen innerhalb einer Serie – von groß zu klein – möglichst breit aufzustellen. So kann etwa eine Schlankheitskur bei einzelnen Komponenten den Bedürfnissen von Entwicklern und Betreibern bei bestimmten Anlagen entsprechen und sich zugleich aufgrund des geringeren Gewichts in höheren Zykluszeiten äußern.

Denn eine niedrigere Trägheitslast führt dazu, dass sich Zyklen häufiger wiederholen lassen. Zum Beispiel konnte SMC das Gewicht seines neuen pneumatischen Parallelgreifers der Serie JMHZ2 im Vergleich zum Vorgängermodell um bis zu 43 Prozent verringern – zur selben Zeit bietet er einen längeren Greifpunkt mit gleichbleibender Bohrungsgröße in einem kleineren Gehäuse.  

Ventilmini des Modells JSY1100T-5Z
Die Ventilminis wie das Modell JSY1100T-5Z ermöglichen die Platzierung pneumatischer Ausrüstung von Robotern auf bewegten Einheiten. - Bild: SMC Deutschland

Warum effiziente Antriebe nicht nur Stromkosten sparen

Ein niedrigeres Masseträgheitsmoment ermöglicht ebenfalls den Einsatz von Antrieben, die weniger Leistung erbringen müssen und somit energieeffizienter und oft günstiger in der Anschaffung sind. Wer mehr Energie sparen möchte, kann Ventile etwa mit einem Power Saver ausstatten. Der senkt die Leistung je nach Bedarf und hält die Temperatur von Maschinen und Equipment möglichst niedrig – in manchen Fällen, ohne auf ein externes Kühlsystem angewiesen zu sein.

Die Energieversorgung ist generell das Herz der Miniaturisierung. Mit Blick darauf haben Experten von SMC übrigens die ovale Magnetspule entwickelt, denn runde Magnetspulen ließen sich nur zu einem gewissen Punkt verkleinern. Oval fällt der Querschnitt einer Spule viel kleiner aus. Das spart Energie und erlaubt es, das Pilotventil größerer Ventile zu verkleinern. Das führte schon vor Jahren zu der Entwicklung von Lösungen, die nur etwa halb so groß sind wie herkömmliche ISO-Ventile.

Der Magnetgreifer MHM-X6400
Der Magnetgreifer MHM-X6400 verfügt über eine Haltekraft von bis zu 120 N und hält ferromagnetische Werkstücke auch bei abgeschalteter Luftversorgung. - Bild: SMC Deutschland

Flexiblere Positionierung durch Miniaturisierung

Die heutigen Pneumatik-Winzlinge leisten Großes in der Automatisierung, ob bei der Robotik, beim Modellbau, bei der Verpackungs- oder in der Labor- und Medizintechnik. Denn sie lassen sich flexibler positionieren, verbrauchen weniger Energie und steigern die Produktionseffizienz.

Gerade das Mehr an Anpassungsfähigkeit ist nicht zu unterschätzen: Kleinere Komponenten sparen grundsätzlich erst einmal Platz, wodurch Produktionsprozesse in engen Räumen erleichtert, verbessert und sicherer werden. So lassen sich etwa mehrere Magnetgreifer der Serie MHM parallel anordnen, um den Halt von Werkstücken noch besser zu gewährleisten. Es bleibt spannend zu beobachten, wohin sich die Grenzen der Miniaturisierung noch verschieben lassen. In Sachen Ingenieurskunst ist die Luft jedenfalls noch lange nicht raus.

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