Was moderne Ventilinseln alles leisten müssen

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Gerade im Werkzeugmaschinenbau hat moderne Fluidtechnik einen hohen Stellenwert. Je komplexer die Prozesse sind, desto mehr Ventile müssen gleichzeitig Höchstleistungen erbringen – idealerweise ohne Kompromisse bei Wiederholgenauigkeit, Energieeffizienz und Langlebigkeit. Wie Ingenieure auf Nummer sicher gehen, zeigt dieser Bericht.

Einer der Wegbereiter der automatisierten Produktion war Automobilpionier Henry Ford, als er Anfang des vergangenen Jahrhunderts in seinen Fertigungshallen erstmals ein Fließband laufen ließ. Mehr als hundert Jahre später bestimmen intelligente und vernetzte Roboter die Welt der Automatisierung. Dabei kommt es nach wie vor auf jede Detailkomponente (wie Ventilinseln) an.

Moderne Ventilinseln für mehr Flexibilität

Auch im Werkzeugmaschinenbau, der 2019 mit knapp 24 Milliarden Euro Umsatz den Großteil des Gesamtumsatzes im deutschen Maschinenbau ausmachte, ist die beste Anwendung nur so gut wie die Performance ihrer Einzelteile. Um mehrere pneumatische Funktionen auf engem Raum durchzuführen, setzen moderne Ventilinseln etwa auf einen modularen Aufbau für größtmögliche Flexibilität. Daneben sind Kosten-, Platz- und Energieeffizienz – auch mit Blick auf Nachhaltigkeitsaspekte – sowie eine hohe Lebensdauer wichtig.

Neue Ventiltechnik in der Praxis

Nico Rohm, Key Account Manager Machinery bei SMC, berichtet: „Erstmalig setzt ein namhafter Werkzeugmaschinenhersteller für neue Generationen von CNC-Bearbeitungszentren anstelle von ISO-Technik auf die SY-Ventiltechnologie. Dabei musste er nicht einmal auf die bewährte Lösung der elektrischen Anbindung über M12-Anschlussstecker verzichten. Im Gegenteil, der Zeitaufwand beim Ventiltausch wird so sogar noch deutlich verringert.“

Denn im Falle der Serie SY ermöglicht eine einheitliche Schnittstelle die Montage aller gängigen elektrischen Eingänge an der Mehrfachanschlussplatte. Doch was macht sie daneben besonders im Vergleich zur ISO-Technik – und damit interessant für Prozessingenieure im Werkzeugmaschinenbau? Ein weiterer Benefit ist die Gesamtkostenreduzierung und der wesentlich höhere Durchfluss bei geringerer Baubreite“, erläutert Rohm.

Denn Magnetventile müssen zunächst einmal hohe Anforderungen sowohl in Sachen Leistung als auch Kompaktheit erfüllen. Je höher dabei die Durchflussraten, desto geringer die Zykluszeiten – und umso mehr lässt sich die Produktivität der Anwendung steigern.

Das waren einige der Gründe, weshalb SMC die Ventilinseln seiner Serie SY konzipiert und weiterentwickelt hat: Mit nur 10, 15 und 18 Millimetern Ventilbreite lassen sich diese auf engstem Raum integrieren – bei hohen Durchflussraten von bis zu 1500 l/min. Auf einer Ventilinsel lassen sich zudem verschiedene Ventilbreiten miteinander kombinieren. Benötigt der Anwender zum Beispiel ein größeres Ventil, kann er durch die Integration einer zweiten Baugröße auf einer Insel eine zusätzliche Ventilinsel einsparen. Das sorgt für eine Reduktion in vierfacher Hinsicht: beim Einbauraum, der Anzahl der Feldbusknoten, dem Gewicht und dem Aufwand bei der Verschlauchung.

Mehr Platz – weniger Kosten

Durch die Integration unterschiedlicher Baugrößen auf einer Insel – Mix Mounting – lassen sich die Ventilinseln flexibler an die jeweilige Anwendung anpassen und es ergibt sich die Möglichkeit, mehrere Durchflussbereiche auf einer Ventilinsel zu integrieren.

Dazu gehört beispielsweise eine Druckreglerfunktion mittels eines Zwischenplattenreglers, wodurch auf Stand-Alone-Druckregler verzichtet werden kann. Zum anderen können dank eines Vakuumblasventils mit Drossel das Vakuum und der Druck innerhalb einer Station gleichzeitig oder getrennt auf einen Ausgang geschaltet werden. Diese Integration der Vakuumfunktion auf der Ventilinsel beschleunigt zum Beispiel die Prozesse von Pick-and-Place-Anwendungen, da der Abblasimpuls eine schnellere Trennung des Werkstücks vom Vakuumsauger ermöglicht.

Modulare Ventilinseln können nach den Wünschen des Anwenders auf der Anschlussplatte zusammengestellt werden. Alle Optionen sind bei der Serie SY zudem nachträglich – und vor Ort – nachrüstbar. Das verkürzt die Umrüstzeit und sorgt für eine schnelle Inbetriebnahme. Zudem werden unnötige Blindplatten eingespart.

Effizient mit mindestens 200 Million Zyklen

Ein hohes Einsparpotenzial in Sachen Energie und Kosten ergibt sich zudem durch die geringere Leistungsaufnahme moderner Ventilinseln. Auch SMC richtet sich mit der Serie SY an Anwender, die konsequent Energie sparen wollen: Energiesparschaltkreise reduzieren die Leistungsaufnahme von 0,35 Watt auf 0,1 Watt - eine Verringerung der elektrischen Leistung auf ein Drittel. Die positive Folge ist eine reduzierte Wärmeentwicklung im Schaltschrank. Das spart nicht nur Energiekosten, sondern auch die Montage zusätzlicher Kühlkomponenten.

Dabei ist die Haltbarkeit der Lösungen weiterhin ein elementarer Aspekt für den reibungslosen Betrieb automatisierter Anwendungen im Werkzeugmaschinenbau. So ist die neue Magnetventilserie mit einem Stahlschieber ausgestattet. Optimiert für den Einsatz im Drei-Schicht-Betrieb, werden damit über 200 Millionen Schaltzyklen erreicht. Ein weiteres Merkmal der Serie ist ihre hohe Wiederholgenauigkeit, die zu hoher Prozesssicherheit führt – geeignet insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Positionsgenauigkeit pneumatischer Antriebe erfordern. Alternativ steht eine Variante mit weichdichtendem Schieber bereit, die eine hohe Lebensdauer von mindestens 70 Millionen Zyklen erreicht.

Hohe Maschinensicherheit durch Ventilinseln

Im Zuge des technologischen Fortschritts wird die Sicherheit im Maschinenbau immer wichtiger. Beispielsweise kann aufgrund der in den Entlüftungsanschlüssen der Ventilinsel herrschenden Verhältnissen ein Staudruck am Ventil auftreten. Staudruck-Rückschlagventile verhindern, dass sich dieser negativ auf die Entlüftungsanschlüsse auswirkt. Die SY-Varianten mit Staudruck-Rückschlagventil sorgen daher für mehr Prozesssicherheit, indem sie Fehlschaltungen und Druckimpulse an unbeabsichtigte Verbraucher verhindern. Eine farbige, gut sichtbare Handhilfsbetätigung mit Schieber erleichtert die visuelle Überwachung der Ventilfunktion und verbessert die Betriebssicherheit zusätzlich.

Ob im Werkzeugmaschinenbau oder anderen Branchen: Bei automatisierten Anwendungen arbeiten pneumatische Systeme auf engem Raum auch mit Menschen zusammen. Die Druckluft muss daher sicher und zuverlässig an- und abgeschaltet werden können – und insbesondere auch Ventilinseln bestimmten Sicherheitsanforderungen genügen. Entsprechend erfüllen die Ventilinseln der neuen Serie die Anforderungen gemäß EN ISO 13849 und lassen sich bis zum Performance Level e einsetzen.

Insgesamt steht eine große Bandbreite an Ventilen und Modulen für sicherheitsrelevante Steuerungen bereit, wozu neben Profisafe-geeigneten Feldbusknoten auch Pilotluft-Einschaltventile gehören sowie Arbeitsventile mit Schieberabfrage zur direkten Überwachung der Schaltstellung und weichdichtende, bistabile Ventile mit Raste nach EN ISO 13849-2.

Der Autor Tobias Hartherz ist Product Manager bei SMC Deutschland in Egelsbach.

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