Einleitung

Die Auswahl eines pneumatischen Aktuators beinhaltet mehr als nur die Anpassung seiner Montagefläche an ein Ventil. Der Aktuator muss ausreichend Drehmoment über den erforderlichen Hub liefern, mit der verfügbaren Instrumentenluftversorgung arbeiten und korrekt reagieren, wenn der Luftdruck ausfällt.

Zwei gängige Konfigurationen sind federbelastete und doppeltwirkende pneumatische Aktuatoren. Beide verwenden Druckluft zur Betätigung von Ventilen, unterscheiden sich jedoch in der Art und Weise, wie sie Bewegung erzeugen und was passiert, wenn die Luftversorgung ausfällt.

Das Verständnis dieser Unterschiede hilft Ingenieuren bei der Auswahl eines geeigneten Aktuatorpakets für Ein/Aus-Ventile, Prozessisolierung, Notabschaltung und andere automatisierte Ventilapplikationen.

1. Wie funktioniert ein federbelasteter Aktuator?

Ein federbelasteter Aktuator verwendet Druckluft zur Bewegung in eine Richtung und eine interne Feder zur Rückbewegung.

Wenn Luftdruck angelegt wird, bewegt der Aktuator das Ventil und komprimiert dabei die Feder. Wenn der relevante Luftdruck abgelassen oder verloren geht, treibt die Feder den Aktuator zurück in seine vorgesehene Position.

Abhängig von der Anordnung des Aktuators und des Ventils kann dies eine Fail-Open- oder Fail-Closed-Aktion bewirken.

Federbelastete Aktuatoren werden üblicherweise dort eingesetzt, wo das Ventil nach Verlust der Instrumentenluft in eine definierte Position fahren muss. Beispiele hierfür sind bestimmte Notabschaltventile und Prozessisolationsventile.

Federbelastet bedeutet jedoch nicht automatisch Fail-Closed. Die erforderliche Ausfallposition hängt von der Aktuatorkonfiguration, der Ventilmontage, der Bewegungsrichtung und den Prozesssicherheitsanforderungen ab.

2. Wie funktioniert ein doppeltwirkender Aktuator?

Ein doppeltwirkender pneumatischer Aktuator verwendet Druckluft zur Bewegung in beide Richtungen. Luft wird auf eine Seite des Kolbens oder des Aktuatormechanismus geleitet, um das Ventil in eine Richtung zu bewegen, und dann auf die andere Seite, um die Bewegung umzukehren.

Da beide Richtungen pneumatisch angetrieben werden, können doppeltwirkende Konstruktionen erhebliche Leistung ohne Rückstellfeder liefern. Sie werden häufig dort eingesetzt, wo eine angetriebene Bewegung in beide Richtungen erforderlich ist.

Ein wichtiger Unterschied ist das Verhalten bei Ausfall der Luftversorgung. Ein doppeltwirkender Aktuator bietet keine inhärente definierte Fail-Open- oder Fail-Closed-Position. Abhängig von der Anordnung, eingeschlossener Luft, Leckagen, Prozesskräften und mechanischer Reibung kann das Ventil nahe seiner letzten Position verbleiben oder sich unerwartet bewegen.

Wenn eine definierte Ausfallreaktion erforderlich ist, kann das gesamte System zusätzliche Ausrüstung benötigen, wie z. B. ein entsprechend ausgelegtes Luftreservoir, ein Magnetventil oder andere pneumatische Steuerzubehörteile.

3. Hauptunterschiede zwischen den beiden Konstruktionen

Dies sind allgemeine Unterschiede. Tatsächliches Drehmoment, Luftverbrauch, Abmessungen und Reaktionszeit hängen vom Aktuatordesign und den Betriebsbedingungen ab.

4. Wie dimensioniert man einen pneumatischen Aktuator?

Die richtige Dimensionierung ist entscheidend für einen zuverlässigen Ventilbetrieb. Ein zu kleiner Aktuator kann seinen Hub möglicherweise nicht abschließen, während eine übermäßige Überdimensionierung die Kosten erhöhen und andere Integrationsprobleme verursachen kann.

Schritt 1: Bestimmen Sie die erforderliche Ventil-Drehmoment

Holen Sie sich die Drehmomentdaten des Ventilherstellers für die tatsächlichen Betriebsbedingungen. Bei Vierteldrehventilen können dies Anlaufdrehmoment, Laufdrehmoment und Sitz- oder Enddrehmoment sein.

Das erforderliche Drehmoment kann sich mit Differenzdruck, Medium, Temperatur, Dichtungsmaterial und Ventilzustand ändern.

Schritt 2: Verwenden Sie den minimal verfügbaren Luftdruck

Die Aktuatorleistung hängt vom am Aktuator verfügbaren Druck ab, nicht nur vom Nenndruck am Anlagenluftverteiler.

Berücksichtigen Sie Druckverluste durch Leitungen, Fittings, Filter, Regler, Magnetventile und anderes Zubehör. Dimensionieren Sie den Aktuator anhand des minimal garantierten Betriebsdrucks.

Schritt 3: Vergleichen Sie das Drehmoment über den gesamten Hub

Verifizieren Sie bei einem doppeltwirkenden Aktuator, dass das verfügbare Drehmoment die Ventilvorgabe in beiden Richtungen erfüllt.

Überprüfen Sie bei einem federbelasteten Aktuator sowohl den luftgetriebenen Hub als auch den federgetriebenen Rückhub. Die Federleistung ändert sich mit dem Hub, daher muss der Aktuator an den kritischen Positionen ausreichend Drehmoment liefern, nicht nur an einem Endpunkt.

Schritt 4: Wenden Sie die Dimensionierungskriterien des Herstellers an

Verwenden Sie die Dimensionierungsmethode des Ventil- und Aktuatorherstellers, einschließlich des angegebenen Servicefaktors, wo zutreffend. Verlassen Sie sich nicht auf einen universellen Überdimensionierungsprozentsatz für jeden Ventiltyp und jede Anwendung.

Schritt 5: Überprüfen Sie das vollständige Paket

Prüfen Sie Montageabmessungen, Wellen- oder Kupplungskompatibilität, erforderlichen Hub, Zubehör und Betriebszeit. Bestätigen Sie, dass der Aktuator die erforderliche Bewegung unter tatsächlichen Prozessbedingungen ausführen kann.

5. Anforderungen an Instrumentenluft und Zubehör

Die Qualität und der Druck der Instrumentenluft wirken sich direkt auf die Zuverlässigkeit des Aktuators aus. Bestätigen Sie vor der Auswahl eines Aktuators den verfügbaren Druckbereich, die Anforderungen an die Luftqualität und den erwarteten Bedarf während des Betriebs.

Ein vollständiges pneumatisches Paket kann umfassen:

• Filterregler für geeignete Luftversorgung.

• Magnetventil für Steuerungs- oder Abschaltfunktionen.

• Positionierer für Regelanwendungen.

• Endschalter oder Positionsrückmeldegeräte.

• Pneumatische Verriegelungs- oder Luftreservoiranordnungen, wo angegeben.

• Rohrleitungen und Fittings, die für die erforderliche Reaktion dimensioniert sind.

Die Zubehörkonfiguration unterscheidet sich zwischen federbelasteten und doppeltwirkenden Anordnungen. Beispielsweise hängen die erforderliche Magnetventilfunktion und die Verschaltung vom Aktuator und dem Steuerungsschema ab.

Produkte von Herstellern wie Rotork, AUMA und anderen Anbietern von Ventilautomatisierung können je nach Ventiltyp, Drehmomentbedarf und erforderlicher Steuerungsanordnung in Betracht gezogen werden. Bestätigen Sie die spezifische Produktkonfiguration, bevor Sie ein vollständiges Paket spezifizieren.

6. Häufige Dimensionierungsfehler

Verwendung des Nenndrucks des Luftverteilers: Der Aktuator kann nach Verlusten durch Zubehör und Leitungen erheblich weniger Druck erhalten.

Überprüfung des Drehmoments nur an einer Position: Dies kann unzureichendes Federdrehmoment während des Rückhubs oder unzureichende Leistung nahe dem Anlaufpunkt des Ventils übersehen.

Ignorieren der tatsächlichen Betriebsbedingungen des Ventils: Das Drehmoment kann mit Differenzdruck, Dichtungsdesign, Temperatur und Servicehistorie variieren.

Annahme, dass ein doppeltwirkender Aktuator die Position unbegrenzt hält: Luftlecks und Prozesskräfte können nach Stromausfall zu Bewegungen führen.

Auswahl von Zubehör nach dem Aktuator: Magnetventile, Positionierer und Leitungen können die Drucklieferung, die Reaktion und das Ausfallverhalten beeinflussen.

Schlussfolgerung

Federbelastete und doppeltwirkende pneumatische Aktuatoren erfüllen unterschiedliche Betriebsanforderungen. Federbelastete Konstruktionen können eine definierte Ausfallposition bieten, während doppeltwirkende Konstruktionen Luftdruck für angetriebene Bewegungen in beide Richtungen nutzen.

Die richtige Wahl hängt von der erforderlichen Ventilaktion, dem Drehmoment über den Hub, dem minimal verfügbaren Luftdruck, den Prozessbedingungen und dem Ausfallszenario ab.

Eine vollständige Auswahl sollte das Ventil, den Aktuator, die Instrumentenluft, das Zubehör und die Sicherheitsanforderungen als ein System betrachten. Dies hilft, Inbetriebnahme-Probleme zu reduzieren und die Zuverlässigkeit des automatisierten Ventilbetriebs zu verbessern.

Benötigen Sie Hilfe bei der Auswahl eines pneumatischen Aktuators? Geben Sie das Ventilmodell, das erforderliche Drehmoment oder die Ventilbetriebsdaten, den verfügbaren Luftdruck und die erforderliche Ausfallaktion an, um eine genauere Auswahl zu unterstützen.