Pneumatisch betätigter Kunststoff-Stellantrieb mit integrierter Rückmeldung und Positionsanzeige

Dem Stellantrieb Flügel verliehen

Anzeige
Bei dem Doppelflügel-Schwenkantrieb bar-actusign sind die Funktionen des 90°-Schwenkantriebes, der Lagerückmeldung und des Stellungsanzeigers unmittelbar in einem Gehäuse zusammengefasst. Auch die Integration eines Stellungsreglers ist für die Zukunft geplant. Das Vollkunststoff-Gerät lässt sich leicht reinigen und zeichnet sich vor allem durch sein geringes Gewicht, seine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus.

Dr.-Ing. Jürgen Berbuer, Dipl.-Ing. Manfred Heise

Hauptkennzeichen des zum Patent angemeldeten Schwenkantriebes (Abb. 1) ist die geringst mögliche Zahl der kraftübertragenden Bauteile: Das Drehmoment wird von der Druckluft direkt an einem zweiarmigen Flügel erzeugt und auf die Armatur übertragen. Der Bewegungsraum des Flügels ist durch zwei abgedichtete Segmente geteilt, so dass vier Luftkammern entstehen, die jeweils über Kreuz miteinander verbunden sind. Hierdurch werden Querkräfte auf die Flügellagerung vollständig vermieden. Die Flügelwelle ist als Hohlwelle mit großem, tiefem Durchmesser konzipiert. In deren Innenverzahnung können Einsätze mit verschiedenen Formen und Maßen für die anwendungsspezifischen Wellenenden der Armatur eingesetzt werden. Die Armaturenwelle kann tief in den Antrieb eintauchen.
Der Schwenkflügelantrieb an sich ist eine bekannte Idee, die sich in der Hydraulik gut bewährt hat. In der pneumatischen Antriebstechnik war aber die Abdichtung, insbesondere beim Doppelflügel, immer ein Problem. Dies erforderte komplizierte, mehrteilige Flügel und Dichtungen. Die Vorteile der einfachen Grundidee wurden dadurch hinfällig. Der Schwenkantrieb bar-actusign geht hier einen Weg, den die moderne Kunststofftechnik erst möglich macht.
Der Flügel mit Hohlwelle ist ein einziges Bauteil aus hochfestem, glasfaserverstärktem Kunststoff. Im Zweikomponentenspritzguss wird die weich-elastische Dichtung direkt auf den Flügel aufgebracht (Abb. 2). Damit kann die erforderliche komplexe Dichtlinie des Flügels im Gehäuse ohne Übergänge oder Nähte erzeugt werden, und der Flügel ist trotz komplizierter Form mit hoher Präzision in der Serie preiswert herstellbar.
Aber auch an den Trennsegmenten muss zwischen dem Gehäuse und dem Flügel sicher abgedichtet werden. Hierzu tragen die Segmente umlaufende Dichtungen, die statisch im Gehäuse und dynamisch an der Zylinderfläche des Flügels abdichten (Abb. 3).
Der Gehäuse-Innenraum ist ein flacher Hohlzylinder, in den Übergängen abgerundet. Ober- und Unterhälfte sind identische Bauteile aus hochfestem und hochtemperaturbeständigem Kunststoff. Die Finessen liegen aber in den vorhandenen Hohlräumen, die in vielfältiger Weise für die integrierten Funktionen genutzt werden.
Steuerventile mit Namur-Anschlussbild können direkt an das Gehäuse angebaut werden. Für andere Beschaltungen stehen natürlich G¼0-Anschlussgewinde zur Verfügung.
Auf der Unterseite wird das Gehäuse durch einen glatten Flanschboden abgeschlossen. Mit acht Gewindeeinsätzen aus Edelstahl, die von innen eingesetzt werden, sind jeweils zwei ISO-Flanschbilder möglich. Von der Flanschseite ist die Innenverzahnung der Hohlwelle zugänglich, so dass bei Bedarf unterschiedliche Einsätze für die Armatur eingeschoben werden können.
Nach außen wurde das gesamte Gehäuse glattflächig und damit reinigungsfreundlich gestaltet. Es gibt keine Schmutzecken. So bietet der Antrieb auch die Möglichkeit, Armatur, Antrieb und Stellungsmelder optisch aus einem Guss im zeitgemäßen Design anzubieten.
Einstellung der Endlagen
Sowohl für Kugelhähne als auch für Klappen ist eine feinfühlige Einstellbarkeit der Endlagen von großem Vorteil. Während Doppelkolbenantriebe hier mit mehr oder weniger komfortablen Lösungen ausgestattet werden, bietet der bar-actusign ein neuartiges Anschlagsystem an.
Das obere Wellenende ist unter dem Schutzdeckel mit einem Anschlaghebel bestückt. Dieser trifft außerhalb der unter Druck stehenden Kammer in der einzustellenden Endlage auf ein Anschlagsegment, das in eine Verzahnung des Gehäuses eingesetzt wird. Damit kann die Endlage in Stufen von 1° eingestellt werden. Wo diese Genauigkeit nicht ausreicht, wird das Anschlagsegment mit der Noniusverzahnung eingesetzt, das eine praktisch stufenlose Einstellung erlaubt (Abb. 4).
Diese Verstellmechanik hat für den Anwender einen deutlichen Vorteil: Zur Einstellung kann die Armatur in die jeweilige Endposition verfahren werden. Das Anschlagsegment wird dann exakt am Anschlaghebel eingesetzt – schon ist die Endlage fest und manipulationssicher eingestellt. Die Einstellung kann sowohl in der 0°-Position, der 90°-Position als auch über den gesamten Schwenkbereich von 100° erfolgen.
Stellungsanzeiger undLagerückmeldung
Auf den beiden Anschlagsegmenten sind Befestigungen für Endschalter vorgesehen, die von Nocken am Anschlaghebel betätigt werden. Je nach Anwenderwunsch wird hier eine vorkonfektionierte Schaltung eingesetzt. Neben Mikroschaltern mit Wechsel-Kontakt sind auch induktive Schalter verfügbar.
Eine herausnehmbare und damit gut zugängliche Klemmenleiste für Leiterquerschnitte bis 2,5 mm2 und eine Leitungseinführung nach IP 65 mit Zugentlastung machen die Installationsarbeiten auf der Baustelle angenehm und schnell. Weil die Rückmelde-Schalter direkt auf den Anschlagsegmenten montiert sind, ist ihre Einstellung zwangsläufig korrekt und erfordert keinen Aufwand für Justage und Überprüfung. Da sowohl die Lage der Anschläge als auch die Position der Meldegeber unverrückbar gesichert sind, werden Verstellungen im Betrieb sicher verhindert.
Der Deckel ist mit einer großzügigen Klarsichtkuppel ausgestattet, unter der sich ein optischer Stellungsanzeiger befindet. Dieser ist je nach Ausführung der Armatur mit einer Markierung für die Durchflusswege bestückt. Für Einsatzbereiche in dunkler Umgebung ist eine zusätzliche Stellungsanzeige mit Starklicht-LEDs in Vorbereitung.
High-Tech-Kunststoffe
Eine derart komplexe Funktionseinheit lässt sich in der Kostenkonkurrenz zu den eingeführten Geräten nur dann erfolgreich vermarkten, wenn neben der Einsparung durch wegfallende Zusatzgeräte das Augenmerk auch auf kostengünstige Herstellverfahren gelegt wird.
Von Anfang an wurde der bar-actusign-Antrieb daher als Vollkunststoffgerät konzipiert. Unter den hohen Ansprüchen, die in der Armaturenindustrie gestellt werden, mussten Werkstoffe gefunden werden, die auch unter hohen Temperaturen und anderen widrigen Bedingungen den Belastungen dauerhaft standhalten.
In der Vielzahl der faserverstärkten Kunststoffe können die teilaromatischen Polyamide mit hohem Glasfaseranteil die besten Ergebnisse vorweisen, u. a. eine gute Beständigkeit gegen aggressive Medien.
Durch den hohen Anteil von 50% Glasfasern erweckt der Werkstoff von der Steifigkeit und dem Klang her eher den Eindruck von Aluminium als von Kunststoff. Mit Ausnahme der plastischen Verformbarkeit sind auch die Eigenschaften recht ähnlich: Zugfestigkeiten von 255 MPa und eine Biegewechselfestigkeit von 60 MPa sind Werte, die sich auch im Vergleich zu metallischen Werkstoffen gut sehen lassen können.
Während bei den meisten Thermoplasten die Festigkeitswerte mit steigender Temperatur stark abfallen, zeigen die teilaromatischen Polyamide im Einsatzbereich bis 80 °C kaum Einbußen. Schließlich sind sie entwickelt worden, um bei Automobilteilen dem Einfluss des Lackierofens (30 Minuten bei 180 °C) ohne Verzug zu widerstehen.
Die chemische Beständigkeit gegen organische Lösemittel und Mineralöle ist sehr gut. Auch eine 30-tägige Lagerung in Aceton, Benzol oder Trichlorethylen kann den Werkstoff nicht beeindrucken.
Leider hat die Verwendung dieser Hochleistungswerkstoffe auch Nachteile: Das Rohmaterial ist dreimal so teuer wie Aluminium. Sowohl im Formenbau als auch beim Spritzgießen sind echte Spezialisten gefordert. Die besonderen Verarbeitungseigenschaften ermöglichen zwar eine enorme Präzision, bedingen aber auch eine sehr frühe Zusammenarbeit von Konstrukteur, Formenbauer und Fertigungsbetrieb.
Familie mit binärer Stufung
Das Pilotgerät dieser Baureihe liefert bei 6 bar Steuerdruck ein Drehmoment von 100 Nm und kann bei Bedarf bis 10 bar eingesetzt werden. Es weist einen Außendurchmesser von 150 mm und eine Gesamthöhe von 120 mm auf. Die weiteren Geräte werden davon ausgehend binär gestuft: die kleineren Modelle mit 50 Nm und 25 Nm, die größeren mit 200 Nm und 400 Nm. Damit kann ein weites Feld der Anwendungen abgedeckt werden.
Halle 8, Stand-Nr. A9-A12
E cav 271
Anwendernutzen Vorteile auf einen Blick
• Integrierte Rückmeldung und Stellungsanzeige
• Geringes Gewicht
• Einfache Reinigung
• Flexibles, einfaches Anpassen an die Armaturenschaltwelle
• Geringe Lagerhaltungskosten
• Nur eine Montagevariante (Schwenkrichtung)
• Besonders günstiges Verhältnis Bauvolumen/Drehmoment
• Geringer Luftverbrauch
• Servicefreundlich, da nur zwei Verschleißteile
• Der Schwenkwinkel ist über den gesamten Schwenkbereich leicht einstellbar
• Hohe Korrosionsbeständigkeit
• Armaturenwelle kann ohne Kürzung in den Antrieb eintauchen
Anzeige

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

cav-Produktreport

Für Sie zusammengestellt

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema: Instandhaltung 4.0

Lösungen für Chemie, Pharma und Food

Pharma-Lexikon

Online Lexikon für Pharma-Technologie

Prozesstechnik-Videos

Hier finden Sie alle aktuellen Videos

phpro-Expertenmeinung

Pharma-Experten geben Auskunft

Prozesstechnik-Kalender

Alle Termine auf einen Blick

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de