Wichtige Überlegungen bei der Auswahl von Pneumatikzylindern in industriellen Anwendungen

Stellen Sie sich Folgendes vor: Sie haben sorgfältig einen pneumatischen Stellantrieb ausgewählt, nur um festzustellen, dass er entweder zu viel Kraft ausübt – wodurch die Ventilschaft bricht – oder zu wenig, wodurch das Ventil träge oder auf halbem Weg stecken bleibt. Dieses frustrierende Szenario unterstreicht, warum die richtige Auswahl des Stellantriebs für den Ventilbetrieb entscheidend ist.

Im Wesentlichen ist die Hauptfunktion eines pneumatischen Stellantriebs das Betätigen von Ventilen. Für einen reibungslosen Betrieb muss der Stellantrieb verschiedenen Widerständen entgegenwirken, wodurch das Drehmoment – die Rotationskraft – zur wichtigsten Überlegung bei der Auswahl wird.

• Anfahrtsdrehmoment: Die Anfangskraft, die erforderlich ist, um ein stehendes Ventil aus seiner geschlossenen Position zu bewegen, analog zum Aufwand, der erforderlich ist, um ein stehendes Auto anzuschieben.
• Betriebsdrehmoment: Die kontinuierliche Kraft, die benötigt wird, um die Ventilbewegung während des Öffnens oder Schließens aufrechtzuerhalten, ähnlich wie die Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit eines Autos.
• Schließdrehmoment: Die Endkraft, die erforderlich ist, um das Ventil vollständig zu schließen und die Dichtflächen zu komprimieren, vergleichbar mit dem Betätigen der Bremsen, um ein Fahrzeug anzuhalten.
• Maximal zulässiges Schaftdrehmoment (MAST): Die maximale Kraft, der der Ventilschaft ohne Beschädigung standhalten kann, dient als Lastgrenze des Ventils.

Verschiedene Ventiltypen weisen unterschiedliche Drehmomentcharakteristiken auf. Metallgedichtete Absperrklappen beispielsweise erfordern ein hohes Anfahr- und Schließdrehmoment, benötigen aber während der Mittelstellung weniger. Im Gegensatz dazu behalten metallgedichtete Kugelhähne während ihres Betriebs hohe Drehmomentanforderungen bei.

Um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, multiplizieren Ingenieure das erforderliche Drehmoment des Ventils typischerweise mit einem Sicherheitsfaktor (oft 25 %). Dieser Spielraum berücksichtigt unerwartete Variablen, ähnlich wie die technischen Sicherheitsmargen im Automobildesign.

Modulierende Ventile erfordern eine präzise, kontinuierliche Durchflusseinstellung, was Stellantriebe mit überlegenen Leistungseigenschaften erfordert. Ein/Aus-Ventile, die für einfache Öffnungs-/Schließvorgänge verwendet werden, stellen weniger anspruchsvolle Anforderungen.

Genaue Drehmomentdaten der Ventilhersteller bilden die Grundlage für die richtige Auswahl des Stellantriebs. Die meisten Hersteller geben Mindestwerte für das Öffnungsdrehmoment unter bestimmten Bedingungen an, typischerweise für Wasserdienstleistungen. Diese Werte ändern sich jedoch mit unterschiedlichen Medien, was geeignete Sicherheitsfaktoren für verschiedene Anwendungen erforderlich macht.

• Zahnstange und Ritzel: Liefert ein konstantes Drehmoment über den gesamten Hub.
• Schottischer Kurbeltrieb: Weist während des Mittelhubs ein reduziertes Drehmoment auf.
• Federrückstellung: Das Drehmoment nimmt mit fortschreitendem Hub aufgrund der Federkompression ab.

Das Verständnis der Drehmomentkurve jedes Typs – verfügbar von den Herstellern – ist für die richtige Anpassung an die Ventilanforderungen unerlässlich.

Der tatsächliche Druck am Ventil weicht aufgrund von Systemverlusten häufig vom Kompressorausgang ab. Eine genaue Druckmessung am Installationsort ist für die richtige Dimensionierung des Stellantriebs von entscheidender Bedeutung, ähnlich wie die Berücksichtigung des Rohrwiderstands in hydraulischen Systemen.

• Einzelwirkend (Federrückstellung): Verwendet Federkraft für die Rückstellbewegung, erhältlich in "fail-open"- oder "fail-closed"-Konfigurationen.
• Doppelwirkend: Benötigt Luftzufuhr sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen und behält die Position bei Luftverlust bei.

• Start der Luft: Anfangsbewegungsdrehmoment
• Ende der Feder: Anfangspositionsfederdrehmoment
• Mindestluft: Niedrigster Drehmomentpunkt des Hubs
• Ende der Luft: Pneumatisches Drehmoment am Hubende
• Start der Feder: Einleitungskraft des Rückhubes

Bei der Verwendung dieser Tabellen ist sicherzustellen, dass die Ventildrehmomentanforderungen Mindestwerte darstellen, während MAST alle anderen Drehmomentwerte in jeder Zeile überschreiten muss.

Die richtige Auswahl des Stellantriebs erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung mehrerer Faktoren. Dieser systematische Ansatz hilft, Betriebsprobleme zu vermeiden und eine optimale Ventilleistung sicherzustellen.