4.4 Pneumatische Schaltungen
4.4.1 Überblick
Druckluft als Energieform lässt sich über Jahrtausende zurückverfolgen. Natürliche Luftströmungen als Antrieb für Segelschiffe und Windmühlen sind jedem bekannt. Das Wort Pneumatik leitet sich aus dem griechischen Wort Pneuma ab, das soviel wie Atem oder Hauch bedeutet. Die Pneumatik, die wir heute unter diesem Wort verstehen, kam mit der Automatisierung in den 50er-Jahren aus den USA. Die Pneumatik spielt in der automatisierten Arbeitswelt eine große Rolle und gewinnt noch an Bedeutung. Viele Fertigungsprozesse wären ohne Pneumatik nicht denkbar. In den folgenden Branchen gehört die Pneumatik als fester Bestandteil zu fast jeder Fertigungsanlage. Branchen, in denen dieses Verfahren verwendet wird:
• Automobilindustrie
• Chemie, Petrochemie und Pharmaindustrie
• Druck- und Papierindustrie• Maschinenbau
• Nahrungsmittelindustrie
• Trink- und Abwassertechnik
• Verpackungsindustrie
Die Pneumatik kommt dabei für die Ausführung der folgenden Funktionen zum Einsatz:
• Erfassen von Zuständen durch Eingabeelemente
• Informationsverarbeitung mit Verarbeitungselementen
• Schalten von Arbeitselementen durch Stellelemente
• Verrichten von Arbeit mit Arbeitselementen
Der technologische Fortschritt bei Material, Konstruktions- und Produktionsverfahren hat die Qualität und Vielfalt der pneumatischen Bauelemente zusätzlich verbessert und somit zu einem verbreiteten Einsatz in der Automatisierungstechnik beigetragen.
Vorteile der Pneumatik
Luft ist praktisch überall in unbegrenzter Menge verfügbar. Sie kann sehr einfach in Rohrleitungen über weite Strecken transportiert werden. Druckluft kann in einem Druckbehälter gespeichert und von dort entnommen werden. Der Druckbehälter kann zusätzlich noch transportabel sein. Druckluft ist nahezu unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Dies garantiert einen zuverlässigen Betrieb selbst unter extremen Bedingungen. Druckluft bietet kein Risiko in Bezug auf Feuer- oder Explosionsgefahr. Nicht geölte entweichende Druckluft verursacht keine Verschmutzung von Werkstücken und keine Umweltbelastung. Die Arbeitselemente sind einfach in ihrem Aufbau und daher preiswert. Druckluft ist ein schnelles Arbeitsmedium. Es können hohe Kolbengeschwindigkeiten und kurze Schaltzeiten erzielt werden. Pneumatische Werkzeuge und Arbeitselemente können bis zum Stillstand belastet werden und sind überlastsicher.
Nachteile der Pneumatik
Druckluft muss aufbereitet werden, da Pneumatikkomponenten sonst durch Schmutzpartikel und Kondenswasser verstärkt verschleißen könnten. Mit Druckluft kann man keine gleichmäßigen und kon-stanten Kolbengeschwindigkeiten erzielen. Druckluft ist nur bis zu einem bestimmten Kraftbedarf wirtschaftlich. Bei dem normalerweise verwendeten Betriebsdruck von 600 bis 700 kPa (6 bis 7 bar) und in Abhängigkeit von Hub und Geschwindigkeit liegt diese Grenze zwischen 40.000 und 50.000 N. Das Entweichen der Luft ist mit hoher Geräuschentwicklung verbunden. Dieses Problem kann aber weitgehend durch schallabsorbierende Materialien und Schalldämpfer gelöst werden.
Erklärung: kPa = Kilopascal = 1000 Pascal. Ein Druck von 100 kPa entspricht dabei 1 bar. Diese Einheit ist jedem bekannt, der schon einmal den Reifendruck kontrolliert hat. Etwas über 2 bar sind hier die Regel. Der normale Betriebsdruck von Pneumatik-Komponenten ist deutlich höher.