Fluidtechnik in der Automation: Warum einbaufertige Baugruppen die Einzelkomponente verdrängen

Wer eine Produktionsanlage plant, denkt zuerst an Steuerung, Antriebe und Sensorik. Die Technik, die Druckluft, Gase und Flüssigkeiten durch die Anlage bewegt, regelt und überwacht, bleibt dabei häufig im Hintergrund. Dabei hängt an ihr, ob eine Linie über Jahre stabil läuft, wie viel Energie sie verbraucht und wie schnell ein Stillstand wieder behoben ist. In vielen Betrieben zeigt sich das erst, wenn ein Ventil klemmt, ein Schlauch platzt oder ein Manometer falsche Werte liefert.

Was hinter dem Begriff steckt

Fluidtechnik fasst alle Verfahren zusammen, mit denen Energie über Flüssigkeiten oder Gase gesteuert und übertragen wird. In der industriellen Automation sind das vor allem zwei Felder: die Pneumatik, die mit Druckluft arbeitet, und die Hydraulik, die Öl oder andere Flüssigkeiten unter Druck nutzt. Dazu kommen Ventile und Armaturen, die den Durchfluss freigeben oder sperren, sowie die Druckmesstechnik, die den Zustand des Systems sichtbar macht.

Im Alltag einer Fabrik sieht das so aus: Ein Pneumatikzylinder schiebt ein Werkstück in die Presse. Ein elektrisch angetriebener Kugelhahn regelt in einer Abwasseranlage den Zufluss zum Becken. Ein Druckminderer sorgt dafür, dass an einer Schweißzelle immer der gleiche Druck anliegt, egal wie stark das Netz gerade belastet ist. Und ein Manometer zeigt dem Instandhalter auf einen Blick, ob der Filter vor der Wartungseinheit noch durchlässig ist.

Lange Zeit haben Konstrukteure diese Bausteine einzeln aus Katalogen zusammengestellt. Das ändert sich gerade. Immer mehr Anlagenbauer kaufen fertig montierte und geprüfte Einheiten ein, statt Verschraubungen, Ventile und Messgeräte selbst zu verbinden. Anbieter wie die TRI-MATIC AG aus Hünenberg im Kanton Zug, ein Familienunternehmen, das sich seit 1991 auf Fluidtechnik für die industrielle Automation spezialisiert hat, liefern deshalb beides: die einzelne Komponente aus dem Sortiment namhafter Hersteller und die komplette Baugruppe, die in der Schweiz montiert, funktionsgeprüft und dokumentiert wird.

Warum die Baugruppe den Einzelteil verdrängt

Der Grund für diesen Wandel liegt nicht in der Technik selbst. Ein Ventil aus dem Jahr 2010 funktioniert nicht grundsätzlich anders als eines von heute. Was sich geändert hat, sind die Rahmenbedingungen in den Betrieben.

Da ist zunächst der Personalmangel. Ein Monteur, der eine Ventilinsel mit Druckregler, Filter und Manometer aus zwanzig Einzelteilen aufbaut, braucht dafür Zeit und Erfahrung. Beides ist knapp. Wenn die gleiche Einheit einbaufertig ankommt, muss der Mitarbeiter sie nur noch anschließen. Die Fehlerquote sinkt, und die Montagezeit vor Ort verkürzt sich deutlich.

Dazu kommt die Frage der Verantwortung. Wer eine Baugruppe aus Einzelteilen verschiedener Hersteller selbst zusammensetzt, trägt auch die Verantwortung für das Zusammenspiel. Dichtet die Verschraubung mit dem gewählten Gewinde? Passt der Druckbereich des Manometers zum Regler? Verträgt der Kunststoff das Medium? Kauft der Betrieb dagegen eine geprüfte Baugruppe, übernimmt der Lieferant diese Abstimmung und liefert die Prüfprotokolle gleich mit.

Und schließlich die Dokumentation. In regulierten Branchen wie der Lebensmittelverarbeitung, dem Brandschutz oder der Wasseraufbereitung reicht es nicht, dass eine Anlage funktioniert. Sie muss belegen können, dass jede Komponente die geforderte Zulassung hat und dass die Montage nach einer festgelegten Anweisung erfolgt ist. Ein Lieferant, der Engineering, Montage und Prüfung unter einem Dach hat, kann diese Nachweise aus einer Hand liefern.

Vom Entwurf zur Serie

Wie läuft so ein Projekt konkret ab? Am Anfang steht meist eine Anforderung, die mit Standardteilen allein nicht sauber zu lösen ist: ein besonders enger Bauraum, ein aggressives Medium, ein ungewöhnlicher Druckbereich oder eine Kombination aus mehreren Funktionen, die in einem Gehäuse zusammenkommen sollen.

Der Lieferant legt die Baugruppe zunächst rechnerisch aus und konstruiert sie im CAD-System, bei TRI-MATIC etwa in SolidWorks. Aus dem Modell entsteht ein Prototyp, der unter realen Bedingungen getestet wird. Erst wenn der Prototyp die Anforderungen erfüllt, folgt eine Nullserie, an der sich Montageanweisung und Prüfvorschrift endgültig festlegen lassen. Diese beiden Dokumente stimmt der Lieferant mit dem Kunden ab, bevor die Serienfertigung beginnt.

In der Serie montiert geschultes Personal die Einheiten nach genau dieser Anweisung und prüft jede Baugruppe nach der vereinbarten Vorschrift. Auch die Verpackung folgt häufig Vorgaben des Kunden, etwa damit die Teile direkt am Montageband ausgepackt und verbaut werden können. Wenn später eine Baugruppe ausfällt, kann der Lieferant sie reparieren oder warten, weil er ihren Aufbau kennt.

Sicherheit, Zulassungen und Werkstoffe

Ein großer Teil der Fluidtechnik in der Industrie dient nicht dem Antrieb, sondern dem Schutz. Druckreduzierventile begrenzen den Druck an einer Entnahmestelle auf einen festen Wert. Schlauchbruchsicherungen sperren die Leitung, wenn ein Schlauch reißt und die Druckluft sonst ungebremst ausströmen würde. Solche Bauteile verhindern Unfälle, aber nur, wenn sie richtig eingestellt sind.

Deshalb setzen Hersteller zunehmend auf voreingestellte Ventile. TRI-MATIC produziert unter der eigenen Marke Protect-Air Druckreduzierventile für Luft, Sauerstoff und Trinkwasser, die bereits ab Werk auf den gewünschten Druck eingestellt sind und weltweit vertrieben werden. Der Anwender kann den Wert nicht versehentlich verstellen, und die Anlage liefert an jeder Entnahmestelle den gleichen Druck.

Welcher Werkstoff in Frage kommt, hängt vom Medium ab. Messing ist günstig und für Druckluft und viele Wasseranwendungen ausreichend. Edelstahl braucht es, wenn aggressive Medien im Spiel sind oder Hygieneanforderungen gelten, etwa in der Lebensmittelindustrie. Kunststoff bietet sich an, wo Gewicht und Korrosion eine Rolle spielen. Dazu kommen Zulassungen, die je nach Einsatzort vorgeschrieben sind: ATEX für explosionsgefährdete Bereiche, DVGW für Trinkwasser, TA-Luft für Anlagen mit Emissionsauflagen, FDA für den Kontakt mit Lebensmitteln. Ein Lieferant, der sein Sortiment nach diesen Zulassungen sortiert hat, spart dem Planer viel Recherche.

Druckluft kostet Geld

Ein Punkt, der in Planungsrunden oft zu kurz kommt, ist der Energieverbrauch der Pneumatik. Druckluft ist eine der teuersten Energieformen in einer Fabrik, weil der Kompressor einen großen Teil der elektrischen Energie in Wärme statt in nutzbaren Druck umsetzt. Jede Leckage an einer Verschraubung, jede Entnahmestelle, die mit zu hohem Druck betrieben wird, treibt die Stromrechnung nach oben.

Hier zahlt sich eine saubere Auslegung doppelt aus. Wer den Druck an jeder Stelle nur so hoch einstellt, wie die Anwendung ihn tatsächlich braucht, senkt den Verbrauch. Wer Baugruppen mit wenigen Verbindungsstellen einsetzt, reduziert die Zahl der möglichen Leckagen. Und wer Manometer und Drucksensoren an den richtigen Stellen vorsieht, erkennt schleichende Verluste, bevor sie teuer werden.

Worauf Einkäufer und Planer achten sollten

Wer einen Lieferanten für Fluidtechnik auswählt, sollte mehr als den Stückpreis vergleichen. Wichtiger ist, ob der Anbieter die Auslegung mitdenkt oder nur Katalognummern liefert. Fragen, die sich vorab klären lassen: Gibt es zu jedem Produkt die nötigen Zertifikate und technischen Unterlagen? Kann der Lieferant Prototypen bauen und testen, bevor die Serie startet? Übernimmt er Reparaturen und Wartung? Wie kurz sind die Wege bei Rückfragen, und spricht der Ansprechpartner die Sprache des Technikers?

Für Betriebe im süddeutschen Raum kann ein Partner in der Schweiz durchaus näher liegen als ein Großhändler am anderen Ende der Republik. TRI-MATIC ist an zwei Standorten vertreten, in Hünenberg und in Yverdon-les-Bains, und betreut Kunden auf Deutsch, Französisch und Englisch. Das Unternehmen ist nach ISO 9001 zertifiziert und beschäftigt zwischen 11 und 50 Mitarbeitende, eine Größe, bei der Anfragen noch bei einem Techniker landen und nicht in einer Warteschleife.

Die Fluidtechnik wird in den kommenden Jahren nicht spektakulärer, aber wichtiger. Mit jeder Anlage, die automatisiert wird, wächst die Zahl der Ventile, Zylinder und Messgeräte, die zuverlässig arbeiten müssen. Wer diese Bausteine früh in die Planung einbezieht und sich für geprüfte Baugruppen statt für lose Einzelteile entscheidet, spart Montagezeit und Energie und erspart sich Ärger im laufenden Betrieb.