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Ratgeber
In Zeiten steigender Anforderungen an Qualität, Produktivität und Flexibilität gewinnen automatisierte Prozesse in nahezu allen industriellen Branchen an Bedeutung.
Für Unternehmen sind effiziente Abläufe der Schlüssel, um im Wettbewerb erfolgreich zu bestehen.
Viel Potenzial bietet dabei die Kombination aus Pneumatik und Automatisierungstechnik. Pneumatische Systeme überzeugen durch Robustheit, eine einfache Handhabung und hohe Dynamik.
In Verbindung mit modernen Technologien lassen sich Arbeitsabläufe nicht nur beschleunigen, sondern auch präziser steuern, sicherer gestalten und an individuelle Anforderungen anpassen.
In unserem Ratgeber zeigen wir Ihnen, wie eine Verzahnung von Automatisierung und Pneumatik dabei helfen kann, Prozesse in Ihrem Unternehmen zu optimieren.
Wir erklären Ihnen, welche Anwendungsmöglichkeiten es gibt und worauf es bei der Auswahl und Planung ankommt.
Durch Automatisierung hat sich die Arbeitswelt grundlegend verändert. Viele schwere, repetitive und fehleranfällige Tätigkeiten, die früher mühsam von Hand erledigt werden mussten, übernehmen heute Maschinen. Leistungsstarke Sensoren und ausgefeilte Hardware verknüpft mit cleveren Softwarelösungen und KI-basierten Steuerungen ermöglichen es, Prozesse weitgehend selbstständig ablaufen zu lassen. Auch die Rolle des Menschen hat sich dadurch gewandelt: So übernehmen Mitarbeitende zunehmend überwachende und steuernde Aufgaben.
Für Unternehmen eröffnet Automatisierungstechnik ein breites Spektrum an Vorteilen. Da weniger Arbeiten manuell ausgeführt werden, lassen sich Fehlerquoten verringern, denn im Gegensatz zum Menschen können automatisierte Systeme über viele Zyklen hinweg präzise arbeiten, ohne Ermüdungserscheinungen zu zeigen oder in der Qualität nachzulassen. Gleichzeitig ist es durch Automatisierung möglich, Prozesse zu beschleunigen und höhere Stückzahlen zu produzieren, was sich unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten als vorteilhaft erweist.
Aufgrund ihrer zahlreichen positiven Aspekte findet Automatisierung in nahezu allen Branchen statt und eröffnet in Verbindung mit modernen IT-Strukturen im Rahmen von Industrie 4.0 völlig neue Möglichkeiten.
Pneumatik ist eine Antriebstechnik, die mit Druckluft arbeitet, um mechanische Bewegungen auszuführen.
Dabei wird die zugeführte Umgebungsluft zunächst verdichtet und anschließend gezielt zu Aktoren – etwa Pneumatikzylindern oder -motoren – geleitet.
Diese wandeln die Druckluft in eine lineare oder rotierende Bewegung um, die wiederum als Antrieb für die jeweilige Anwendung genutzt werden kann.
Da Luft als Medium verwendet wird, sind pneumatische Systeme weitgehend unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen.
Zudem besteht keine Gefahr durch auslaufende Flüssigkeiten, wie es bei hydraulischen Systemen der Fall sein kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Druckluftsysteme während des Betriebs keine unmittelbaren Emissionen erzeugen und dadurch verhältnismäßig umweltfreundlich sind.
Drucklufterzeugung
Herzstück eines jeden pneumatischen Systems ist der Kompressor. Er verdichtet die Umgebungsluft und bringt sie auf einen bestimmten Betriebsdruck. Nach dem Verdichten wird die Luft meist in einem Druckluftbehälter (Speicher) zwischengelagert.
Druckluftaufbereitung
Bevor die Druckluft weitergeleitet wird, wird sie in einer Aufbereitungseinheit gefiltert und getrocknet. Das trägt zu einer längeren Lebensdauer der nachgeschalteten Komponenten und zu einem störungsfreien Betrieb der gesamten Anlage bei.
Druckluftverteilung
Über Druckluftleitungen und -schläuche wird die Druckluft zu den einzelnen Aktoren transportiert. Kupplungen, Steckverbinder und Verteiler ermöglichen es, das Leitungsnetz individuell aufzubauen und bei Bedarf zu erweitern.
Druckluftregelung
Ventile regeln, wann, wie schnell und in welche Richtung sich die Druckluft bewegt. Darüber hinaus stellen sie sicher, dass der richtige Druck für die jeweilige Anwendung bzw. das nachgeschaltete Bauteil bereitgestellt wird.
Aktoren
Aktoren wie Zylinder oder Motoren wandeln die Druckluft in mechanische Bewegung um. Das können lineare Bewegungen zum Heben oder Pressen oder Drehbewegungen für Verschraubungen sein.
Sensoren
Sensoren überwachen wichtige Parameter wie Druck, Position oder Durchfluss und liefern Daten für die Prozesssteuerung. So lassen sich Abläufe präzise regeln und Störungen frühzeitig erkennen.
In der Industrieautomation nimmt die Pneumatik eine wichtige Rolle ein. In Fertigungsanlagen beispielsweise übernehmen Druckluftsysteme hauptsächlich Bewegungsfunktionen wie das Greifen, Heben, Pressen, Fördern oder Positionieren.
Eine Steuerungselektronik gibt vor, wann und wie diese Bewegungen ablaufen. Vor allem in der Fördertechnik werden pneumatische Antriebe vielfältig genutzt, um Bewegungsabläufe beim Transport, Positionieren und Sortieren von Werkstücken, Bauteilen oder Produkten abzubilden.
Durch die Kombination mit moderner Steuerungstechnik wird die Pneumatik heute präziser und effizienter denn je eingesetzt.
Sie hat sich als unverzichtbarer Baustein in vielen automatisierten Prozesse etabliert und trägt wesentlich dazu bei, Produktivität, Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit zu steigern. Und die Technologie entwickelt sich kontinuierlich weiter: Durch intelligente Sensorik, zunehmende Vernetzung (IoT) und Predictive Maintenance (Echtzeitüberwachung) werden pneumatische Anlagen immer flexibler und leistungsstärker.
Die Ära der Pneumatik 4.0 ist eingeläutet und wird die Zukunft der Industrieautomation wesentlich mitbestimmen.
Die Automatisierung von Prozessen mithilfe von Pneumatik bietet Unternehmen zahlreiche Vorteile. Hier die wichtigsten positiven Aspekte im Überblick:
- Hohe Taktraten: Pneumatische Systeme können Bewegungen in Bruchteilen von Sekunden ausführen. Dadurch sind hohe Taktraten möglich, was bei der Serienfertigung relevant ist.
- Einfache Wartung: Pneumatische Komponenten sind robust konstruiert und bei sachgemäßem Betrieb wenig anfällig für Verschleiß. Sie lassen sich unkompliziert warten und funktionieren auch in anspruchsvollen Umgebungen zuverlässig.
- Anpassungsfähigkeit: Pneumatische Systeme können mit smarten Automationssystemen verknüpft und auf diese Weise präzise angesteuert sowie flexibel an wechselnde Anforderungen angepasst werden.
In automatisierten Produktionslinien müssen Fördergüter wie Bauteile oder Werkstücke zuverlässig von einer Station zur nächsten transportiert werden.
Die Fördertechnik erfüllt in dem Zusammenhang eine Schlüsselrolle:Sie sorgt dafür, dass das Material zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort zur Verfügung steht.
Ohne funktionierende Förderstrecken würde kein automatisierter Prozess reibungslos ablaufen. Die Fördertechnik verbindet einzelne Bearbeitungs- und Montageschritte miteinander und bildet so den logistischen Ablauf innerhalb der Anlage ab.
Pneumatische Systeme erfüllen in der Fördertechnik eine wichtige Funktion.
Sie übernehmen das exakte Positionieren, Separieren, Anheben oder Ablegen von Werkstücken auf Förderbändern oder in Übergabestationen.
Durch ihre Schnelligkeit und Wiederholgenauigkeit sorgen pneumatische Greifer, Hubtische und Stopper dafür, dass Materialien sicher und präzise weitergeleitet werden.
Wo Maschinen selbstständig arbeiten, besteht immer ein gewisses Sicherheitsrisiko. Aus diesem Grund sind Schutzeinrichtungen und Sicherheitsvorschriften beim Betrieb automatisierter pneumatischer Anlagen von großer Bedeutung.
Wichtig ist vor allem, dass die Bewegungen zu jedem Zeitpunkt vollständig kontrollierbar sind. Pneumatische Antriebe müssen so ausgelegt sein, dass sie im Fehlerfall sofort anhalten oder in eine sichere Position zurückfahren. Not-Aus-Schaltungen, Sicherheitsventile und Druckbegrenzer sorgen dafür, dass sich bei Störungen kein zu hoher Druck aufbaut.
Physische Barrieren und Lichtschranken bieten Mitarbeitenden zusätzlichen Schutz, sollten sie zu nah an den Arbeitsbereich pneumatischer Anlagen geraten. Moderne Sensorik und Überwachungssysteme ermöglichen es, Fehler und Defekte frühzeitig zu erkennen und Unfälle zu vermeiden.
Pneumatische Systeme werden in vielen Bereichen der Industrie genutzt. Hier ein Überblick über typische Einsatzfelder mit konkreten Anwendungsbeispielen:
| Anwendungsgebiet | Typische pneumatische Anwendungen |
| Montageautomation | Greifen, Positionieren, Spannen, Verschrauben von Bauteilen |
| Verpackungstechnik | Verschließen, Abfüllen, Sortieren von Waren |
| Fördertechnik | Vereinzeln, Stauen, Separieren, Umsetzen von Gütern auf Förderstrecken |
| Lebensmittelindustrie | Dosieren, Portionieren, Verpacken von Nahrungsmitteln |
| Automobilindustrie | Schweißen, Lackieren, Karosseriemontage, Bauteilhandling |
| Elektronikfertigung | Bestücken von Leiterplatten (Pick&Place), Montage kleiner Bauteile, Reinraumfertigung |
| Medizintechnik | Dosierung, Laborautomation, Verpacken von Medizinprodukten |
| Holz- und Möbelindustrie | Spannen, Bohren, Fräsen, Bearbeiten von Holz |
Damit ein pneumatisches System sicher, zuverlässig und effizient arbeitet, sollten Sie bei der Auswahl der Komponenten folgende Faktoren berücksichtigen.
Anwendungsbereich
Am Anfang steht die Frage: Welche Aufgabe soll die pneumatische Anlage übernehmen? Je nach Anwendung – Greifen, Spannen, Heben, Positionieren oder Fördern – unterscheiden sich die Anforderungen an Kraft, Geschwindigkeit, Präzision und Hub. Auch die Art der Last, das Gewicht der Werkstücke und die benötigte Wiederholgenauigkeit spielen eine Rolle. Wichtig zu wissen ist außerdem, mit welchen Medien gearbeitet wird. Pneumatik- und Allfluid-Systeme bieten sich beispielsweise an, wenn neben Druckluft neutrale Gase, Wasser oder Flüssigkeiten im Prozess verwendet werden sollen.
Betriebsdruck
Pneumatische Systeme arbeiten normalerweise mit Drücken von 6 bis 10 bar, teilweise aber auch mit 40 bar und mehr. Der richtige Betriebsdruck ist entscheidend für die Gesamtleistung der Anlage. Ist er zu niedrig, bringt er nicht genug Antriebskraft auf. Ist er zu hoch, kann das dazu führen, dass angeschlossene Verbraucher Schäden davontragen – von unnötigem Druckluftverbrauch einmal abgesehen.
Baugröße und Einbaulage
Der verfügbare Platz für den Einbau muss präzise ermittelt werden, denn davon hängt ab, wie groß die pneumatischen Komponenten sein dürfen. Auch die Einbaulage (horizontal, vertikal oder über Kopf) ist zu berücksichtigen, da sie Auswirkungen auf die Schwerkraft und Bewegungsrichtung hat, woraus sich wiederum unterschiedliche Anforderungen an Führung und Abdichtung ergeben.
Material und Umgebungsbedingungen
Je nach Einsatzort sind pneumatische Anlagen unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, denen sie standhalten müssen – seien es Staub, Feuchtigkeit oder aggressive Medien. In der Lebensmittel-, Pharma- und Medizintechnik gelten hohe Hygienestandards, wodurch sich besondere Anforderungen an Oberflächenbeschaffenheit und Material stellen.
Energieeffizienz
Undichte Leitungen, überdimensionierte Zylinder und ineffiziente Steuerungen führen zu einem unnötigen Verbrauch an Druckluft. Um dem entgegenzuwirken, empfiehlt es sich, bereits bei der Anlagenplanung auf Energieeffizienz zu achten. Energiesparende Ventiltechnik, optimierte Bewegungsabläufe und regelmäßige Leckagekontrollen helfen dabei, die Betriebskosten so niedrig wie möglich zu halten.
Lebensdauer und Wartungsaufwand
Es lohnt sich, in Qualität zu investieren, denn hochwertig verarbeitete Komponenten funktionieren im Regelfall zuverlässiger und halten länger. Wichtig in dem Zusammenhang ist beispielsweise, auf möglichst verschleißarme Dichtungen und präzise Führungen zu achten. Zudem sollte die Druckluft immer trocken und sauber sein. Das trägt maßgeblich zur Lebensdauer der Anlage bei.
Gut zu wissen: Development Kits können bei der Entwicklung automatisierter Pneumatiksysteme eine große Hilfe sein. Damit lassen sich geplante Automatisierungsschritte und Steuerungen schnell testen und auf Praxistauglichkeit prüfen, bevor die eigentliche Anlage gebaut wird.
Pneumatik eignet sich hervorragend für schnelle, einfache Bewegungen mit hoher Wiederholgenauigkeit. Für große Lasten, komplexe Bewegungsprofile oder Positionieraufgaben, die eine extrem hohe Präzision erfordern, können elektrische oder hydraulische Antriebe jedoch besser geeignet sein. In vielen modernen Anlagen arbeiten deshalb unterschiedliche Antriebstechniken Seite an Seite, was es ermöglicht, die jeweiligen Stärken optimal zu nutzen: Die Pneumatik übernimmt zum Beispiel das schnelle Greifen und Ablegen, während elektrische Achsen exakte Positionierbewegungen ausführen. So entstehen besonders effiziente und flexible Automatisierungslösungen.
Pneumatik und Hydraulik – wo liegen die Unterschiede?
Der Hauptunterschied liegt im verwendeten Medium: Die Pneumatik arbeitet mit komprimierter Luft, die Hydraulik mit Flüssigkeit, meist Hydraulik-Öl. Pneumatische Antriebe eignen sich besonders gut für leichte bis mittelschwere Bewegungen mit hoher Taktzahl. Hydraulische Systeme werden hingegen eingesetzt, wenn große Kräfte oder konstante Bewegungen unter hoher Last gefordert sind.
Welche Fördermittel eignen sich für welche Güter?
Kleine, leichte oder empfindliche Güter lassen sich gut mit Bandförderern, Vakuumgreifern oder Rollenbahnen transportieren. Schüttgüter werden häufig mit Förderschnecken oder Becherwerken bewegt. Für schwere Lasten und große Werkstücke eignen sich Kettenförderer oder Hubsysteme. Bei der Auswahl spielen neben Gewicht, Form und Empfindlichkeit der Güter die Taktzahl und Umgebungsbedingungen eine Rolle. Mitunter kann eine Kombination verschiedener Fördertechniken sinnvoll sein.
Wie kann ich die Lebensdauer meiner pneumatischen Komponenten verlängern?
Saubere und trockene Druckluft ist die wichtigste Voraussetzung für die Haltbarkeit eines pneumatischen Systems. Verschleiß entsteht häufig nämlich durch Schmutzpartikel oder Feuchtigkeit, die zu Korrosion an den Komponenten führen kann.