Mit Vorteilen bei neuen Trends

Elektromotorischer Antrieb für Sitz- und Membranventile

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Ventile mit elektromotorischen Antrieben besitzen überall dort Vorteile, wo Druckluft nicht verfügbar oder nicht erwünscht ist Bild: Gemü
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Ventile mit elektromotorischen Antrieben werden vor allem in Bereichen eingesetzt, in denen keine Druckluft erwünscht oder nicht verfügbar ist. Doch wo liegen für den modernen Anlagenbau die Vorteile elektrisch betätigter Ventile im Vergleich zu den klassisch eingesetzten pneumatischen Komponenten? Die Antwort auf diese Frage gibt der folgende Beitrag.

Mit der Produkteinführung seines neuen elektromotorischen Ventilantriebs reagiert der Ingelfinger Ventilspezialist Gemü auf die zunehmenden Anforderungen im Anlagenbau. Dabei ist dieser Antrieb nicht der erste seiner Art. Das Unternehmen bietet seinen Anwendern bereits seit vielen Jahren verschiedene elektromotorisch betätigte Ventillösungen. Diese reichen von Membran-
und Sitzventilen bis hin zu Absperrklappen und Kugelhähnen. Dabei sind die Antriebe bestens auf die jeweilige Verwendung abgestimmt. Dies wird u. a. bei den Gemü-Schwenkantrieben deutlich. Die Drehmomentkennlinie des Antriebs ist dabei optimal auf das typische Drehmoment bei den entsprechenden Schwenkarmaturen angepasst.

Die Vorteile elektrisch bestätigter Ventile werden durch die fortschreitende Digitalisierung und die Forderung nach mehr Effizienz immer deutlicher. Sowohl neue Industrie-4.0-Anwendungen als auch Trends wie die zunehmende Modularität von Anlagen bringen die etablierten, pneumatisch betätigten Lösungen zunehmend an ihre Grenzen. Mit den vorgestellten Antriebs- und Automatisierungskonzepten kann hierzu ein wesentlicher Beitrag geleistet werden. Die fortschreitende Elektrifizierung unterstützt dabei den allgemeinen Trend der Digitalisierung. Doch wie wirkt sich dies auf den Bereich der Prozessventile im Detail aus?

Aus dem Blickwinkel der Automatisierung betrachtet, entdeckt man bei Planungen im Bereich der Ventiltechnik aktuell immer noch zuallererst pneumatische Lösungen. Elektrische Einheiten kommen oft erst im späteren Planungsstadium des Anlagenbaus zum Zuge. Zu diesem Zeitpunkt ist die komplette und zugleich umfangreiche Infrastruktur für pneumatisch betätigte Komponenten meist schon vorhanden. Die dann folgenden Konfigurationen und Inbetriebnahmen erfordern entsprechenden Aufwand und Fachkenntnis in den Fachgebieten der Elektrik und der Pneumatik.

Durch eine integrative Koppelung dieser Themenbereiche in kompakten Einheiten können jedoch Systeme entstehen, die ihre Aufgaben auch in engsten Räumen erfüllen können. Die Schnittstelle zwischen flexibler Elektronik und vergleichsweise starrer Mechanik ermöglicht es, Steuer- und Regelfunktionen zu integrieren.

Genau hier liegt der Unterschied zwischen einem rein mechanischen, pneumatischen und einem elektromotorischen Ventilantrieb. Bei der pneumatisch betätigten Variante ist ein zusätzliches elektronisches Gerät notwendig, um den Antrieb entsprechend zu regeln. Ein sogenannter elektro-pneumatischer Ventilantrieb setzt sich daher also meist aus zwei Geräten zusammen, die wiederum zweier Energieformen bedürfen. Ein elektromotorischer Antrieb hingegen besteht meist nur aus einem Gerät und zu seinem Betrieb ist auch nur eine Energieform nötig. Die Konsequenz für den Anlagenbau: weniger Geräte, weniger Material sowie weniger Installationsaufwand. Ergänzt wird dies noch durch einen verringerten Wartungsaufwand, der bei pneumatischen Systemen vor allem im Hinblick auf mögliche Leckagen nötig ist.

Höhere Stabilität

Durch die Kombination aus Digitalisierungsfunktionen und energieeffizienten Merkmalen ergibt sich heute die Möglichkeit, applikationsspezifische Vorteile besser auszuschöpfen. So ermöglichen elektromotorische Antriebe im Vergleich zu pneumatischen Einheiten zum Beispiel eine höhere Stabilität in der Steuer- und Regelkette. Ein weiterer Vorteil besteht bei derartigen Systemen darin, dass je nach Anwendung der Leistungsteil abgeschaltet werden kann. Dies kann beispielsweise beim Erreichen der Endlagen geschehen, während integrierte Regelfunktionen wiederum die Leistungsaufnahme im Regelbetrieb reduzieren und dadurch den Energieverbrauch senken können. Durch eine genaue Analyse vorherrschender Systembedingungen passt das Steuermodul des Antriebs die Leistungszufuhr entsprechend automatisch an. So reduziert das Antriebssystem automatisch die Kräfte und spart dadurch Energie.

Mit der Steuereinheit von elektromotorischen Antrieben können zusätzliche Diagnosefunktionen zur vorbeugenden Wartung durchgeführt und über die Schnittstelle an die zentrale Anlagensteuerung gemeldet werden. Für die technische Anbindung an die Automatisierungsebene können unterschiedliche Schnittstellen genutzt werden. Dies reicht von klassischen Feldbussystemen über Schnittstellen, wie zum Beispiel dem IO-Link-Standard, bis hin zur Anbindung an industrielle Ethernet-Netzwerke. Anwendern bieten diese Kommunikationsmöglichkeiten Vorteile, von der Installation über Fernsteuerung bis hin zu Fernwartung. Die softwaregestützten Funktionen unterstützen dabei den Betreiber effektiv bei seiner täglichen Arbeit und ermöglichen eine hilfreiche Datenanalyse entsprechender Betriebsparameter. Dadurch wird ein echter Mehrwert mithilfe der fortschreitenden Digitalisierung erreicht.

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Im Überblick :   Elektromotorischer Ventilantrieb

Der elektromotorischer Ventilantrieb basiert auf dem Hohlwellenprinzip in Verbindung mit bürsten- und sensorloser Technik. Der selbsthemmende Antrieb bietet eine hohe Reproduzierbarkeit der Positionierung und ist somit für genaue Regelanwendungen gut geeignet. Die ethernetbasierende Schnittstelle in Verbindung mit einem integrierten Webserver ermöglicht den Datenaustausch von Parametrier- und Diagnosedaten sowie eine Vernetzung mehrerer Geräte.

Nach dem Start der Initialisierung stellt sich der Antrieb automatisch auf das jeweilige Prozessventil ein, was dem Nutzer eine einfache und schnelle Inbetriebnahme ermöglicht. Falls nötig kann der Anwender zusätzlich noch Einstellungen an der integrierten Hubbegrenzung sowie den jeweiligen Positionen der Endlagen vornehmen. Die Spannungsversorgung wird über einen Anschluss mit 24 V(DC) gewährleistet.

Je nach Größe verfügt der Antrieb über eine Stellgeschwindigkeit von 2 bis 6 mm/s. Eine mechanische Stellungsanzeige sowie eine elektrische Status- und Stellungsanzeige sind standardmäßig integriert.

Einsatz finden elektromotorisch betriebene Ventile vor allem in Bereichen, in welchen keine Druckluft gewünscht oder möglich ist. Als Beispiele hierfür seien weitläufige Produktionsanlagen genannt, in denen eine Verteilung von Druckluft unrentabel ist. Einen weiteren Einsatzbereich stellen mobile oder dezentral gelegene Anlagen in der Trinkwasseraufbereitung dar. Der vorgestellte Antrieb ist ein Linearantrieb, der für Auf/Zu- und Regelanwendungen geeignet ist. Er kann sowohl in sterilen Prozessen der Pharmazie und Lebensmittelindustrie wie auch in industriellen Prozessen verwendet werden. Mit seinem hygienischen Design und der robusten Konstruktion in Schutzart IP 65 ist der neue Ventilantrieb vielseitig einsetzbar.

Zum Marktstart wird die Antriebsgröße 2 für Membranventile mit der Nennweite DN 40 bis DN 65 und für Sitzventile DN 40 bis DN 100 verfügbar sein. Das entsprechende Membranventil wird unter der Typenbezeichnung Gemü 649 geführt. Das Sitzventil ist als Gemü 539 und Gemü 549 erhältlich.

Der elektromotorische Antrieb ermöglicht kompakte und zuverlässige Ventillösungen, z. B. als Gemü 649
Bild: Gemü

Autor : Werner Flögel

Leiter Elektronik-Entwicklung,

Gemü



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