Intelligente Regelarmaturen

Jürgen Kreft

Der Anteil automatisierter Industriearmaturen hat sich in den letzten Jahren verdoppelt, das Verhältnis Handarmaturen zu Regelarmaturen erreicht bereits heute einen Wert von etwa 70 zu 30. Fachleute erwarten in der Prozesstechnik schon bald ein Verhältnis 50 zu 50. Hintergrund sind zum einen die Einsparungen beim Personal – wenn weniger Mitarbeiter zur Verfügung stehen, kann man die in den Anlagen weit verteilten Armaturen kaum noch per Hand betätigen. Hinzu kommt der kontinuierliche Ausbau der Prozessautomation mit zentraler Leittechnik, die selbstverständlich auch alle Armaturen zur Prozessregelung einschließt.

In der Chemie kommen bevorzugt Edelstahl-Armaturen bzw. ausgekleidete Armaturen zum Einsatz – in der Rangfolge Ventile, Kugelhähne, Absperrklappen und Schieber. Doch Ventile verlieren allmählich Marktanteile: Sie haben bauartbedingt ein vergleichsweise hohes Gewicht, zur Betätigung sind relativ hohe Stellkräfte erforderlich (da der abzudichtende Druck in vollem Umfang auf das Abschlussorgan und damit die Spindel wirkt) und schließlich sind die Strömungsverluste infolge der mehrfachen Umlenkung höher als bei anderen Armaturen-Bauarten.

Man kann heute feststellen: Alle 90°-Armaturen (Absperrklappe, Kugelhahn) gewinnen gegenüber den Linear-Armaturen (Ventil, Schieber). Immer mehr Betreiber setzen auf die bezüglich der Automation kostengünstige Lösung Absperrklappe bzw. Kugelhahn. Und geht es in Richtung großer Nennweiten, bleibt meist nur noch die Absperrklappe im Spiel – der Kugelhahn würde dann einfach zu unhandlich, schwer und zudem sehr teuer.

Die klassische Funktion einer Regelarmatur in der Prozesstechnik ist stets gleich:

• per Sensoren werden Parameter wie Durchfluss, Druck, Temperatur u.ä. gemessen

• die gemessenen Signale gehen an den Controller, der die Ist-Werte mit den eingestellten Soll-Werten vergleicht

• der Controller schickt ein Korrektur-Signal an den Positioner

• der Positioner öffnet/schließt den Antrieb und damit die Armatur, bis der Soll-Wert erreicht ist.

Automatisierte Armaturen können dazu pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden (Tabelle), wobei der pneumatische Antrieb eine Reihe von Vorteilen ausspielen kann: Er ist einfach und damit betriebssicher aufgebaut, schnell in der Betätigung und fährt (federbelastet) bei Druckluftausfall eine definierte Sicherheitsstellung an.

Ein Praxis-Beispiel: Bei den Pneumatik-Schwenkantrieben der Serie F von Crane Flow, Düsseldorf, erfolgt die Kraftübertragung über Zahnstange und Ritzel. Die Schwenkantriebe können als Auf/Zu- oder Regelantrieb verwendet werden. Bei der doppeltwirkenden Ausführung wird die Armatur durch Beaufschlagung des Antriebes mit Druckluft geöffnet oder geschlossen. Die einfach wirkenden Antriebe werden nur in einer Richtung mit Druckluft beaufschlagt, während die Verstellung in die andere Richtung durch Federkraft erfolgt. Bei Luftausfall fahren sie somit automatisch in eine Sicherheitsstellung. Je nach Verfahren oder Anforderung können die Federn die Funktion schließend oder öffnend durchführen.

Weitere Besonderheiten: Betreiber von pneumatischen Antrieben kennen die Probleme, die sich durch korrodierte Sicherungsringe an der Antriebsspindel ergeben. Diese Ringe liegen bei herkömmlichen Systemen außerhalb des Gehäuses, wo sie aggressiver Atmosphäre ausgesetzt sind.

Durch die Axialbelastung der Spindel ist mit einer erhöhten Reibung und somit Verschleiß an der Lagerstelle zu rechnen. Hohe Betriebsausfall- und Instandsetzungskosten sind die Folge.

Bei den Schwenkantrieben von Crane Flow sind diese Problemstellen durch spezielle Konstruktionsmerkmale beseitigt: Zum einen durch den nach innen gelegten Sicherungsring und zum anderen aufgrund des gleichen Durchmessers der Wellenlagerzapfen. Somit ist die Welle axialschubfrei. Axiale Reibung, Korrosion des Sicherungsringes und Verschleiß entfallen. Darüber hinaus sind die Lagerbuchsen mit Bund ausgeführt und dadurch ausblassicher.

Eine Sonderform von Absperrventilen ist das Membranventil: Mit nur zwei mediumberührten Teilen, dem Gehäuse und der Membrane selbst, bietet dieses Ventil vor allem auch für die Chemie gute Problemlösungen. Membranventile werden hauptsächlich bei aggressiven und abrasiven Medien eingesetzt und zeichnen sich durch den fast freien Durchfluss aus (günstiger Zeta-Wert). Es gibt allerdings sozusagen eine Schallmauer ab DN 250 – dann werden solche Armaturen zu groß und teuer, die Anforderungen an den Antrieb wachsen extrem. Eine wichtige Anwendung ist der Steril- und Hygienebereich in der Pharmatechnik und Biotechnologie. Gegenüber den weitgehend baugleichen Wettbewerbs-Produkten zeichnet sich das Saunders-Membranventil nicht allein durch das langjährige Know-how in der Werkstoffentwicklung, sondern auch durch das besondere Automatisierungs-Konzept Saunair EC aus – es handelt sich dabei um die kompakteste Einheit zum automatischen Steuern von Membranventilen. Weitere Eigenschaften:

• Autoklaven-Einsatz zur externen Sterilisation möglich. Hintergrund: Das Gehäuse besteht aus verstärktem, hochtemperaturbeständigen PES (hohe zulässige Flächenpressung, thermische Stabilität, ausgezeichnete chemische Beständigkeit). Deshalb eignet sich Saunair EC zur Sterilisation mittels Dampf, trockener Hitze und chemischen Verfahren.

• Dreifunktionen-Prinzip in einer Einheit: federschließend, federöffnend oder doppeltwirkend. Die Federn bestehen aus Edelstahl mit Polyamidbeschichtung und sind nach außen völlig abgedichtet. Bei öffnender Funktion wird die Feder beim Herausdrehen der Kappe automatisch entspannt (erhöhte Sicherheit).

• 100prozentig dichtschließend gegen den jeweiligen Leitungsdruck. Das doppeltwirkende Profil der Dichtungen garantiert eine lange Lebensdauer. Eine statische Dichtung verhindert zudem den Zutritt von Außenluft.

E cav 200

Joachim Lukoschek führt gemeinsam mit seinem Geschäftsführer-Kollegen Hans Dieter Ptak die neu firmierte Crane Process Flow Technologies GmbH. Die Redaktion sprach mit Joachim Lukoschek über die unmittelbaren Auswirkungen der Übernahme für die Kunden in Deutschland.

cav Herr Lukoschek, Ihr Unternehmen gehört nicht mehr zu Alfa Laval. Wer ist die neue Muttergesellschaft?

Lukoschek Unser neuer Eigner ist Crane Co. – und damit möchte ich gleich eine weitere Frage vorwegnehmen: Crane Co. hat überhaupt nichts mit dem Unternehmen John Crane zu tun, das einen recht bekannten Namen als Anbieter von Gleitringdichtungen und auch Pumpen hat. Crane Co. ist ein diversifizierter Hersteller von technischen Industrieerzeugnissen und hat seinen Sitz in Stamford, Connecticut/USA und ist ein mit 9000 Mitarbeitern global agierendes Unternehmen: Das Angebot reicht von der Werkstofftechnik über Raumfahrt-Technologien bis hin zur Prozesstechnik und dem Fluid Handling, wo neben anderen Herstellern von Armaturen und Pumpen auch wir positioniert sind: Die Crane Process Flow Technologies GmbH, Düsseldorf.

cav Seit 1991 erst gehörten Sie zu Alfa Laval. Warum der rasche Verkauf – waren Sie nicht erfolgreich genug?

Lukoschek Die Welt dreht sich nun einmal immer schneller – es gab zwei sich überlagernde Prozesse bei Alfa Laval, die zu dieser Verkaufsentscheidung geführt haben: Zum einen hat Alfa Laval seit kurzem selbst einen neuen Eigner – der alte Besitzer Tetra Pak will sich nämlich wieder mehr auf die Verpackungstechnik konzentrieren – zum anderen hat Alfa Laval erkannt, dass man im Bereich Flow das selbst gesetzte Ziel der globalen Marktführerschaft wohl kaum in absehbarer Zeit schaffen würde. Jetzt wird man sich wieder auf die Kernbereiche Wärmeaustausch und Trenntechnologien konzentrieren. Auf der anderen Seite bekommt Crane Co., was bislang am meisten fehlte: Nämlich eine leistungsfähige Vertriebsstruktur in Europa. Die hat sich Crane Co. nun mit uns gesichert. Und weil es eben in erster Linie um die Infrastrukturen in Europa geht, können unsere Mitarbeiter sicher sein, einen guten Beitrag zum Erfolg von Crane Co. leisten zu können.

cav Welche Konsequenzen hat der Verkauf an Crane Co. für Ihre bisherigen deutschen Kunden?

Lukoschek Der Firmensitz der neuen Crane Process Flow Technologies ist weiterhin Düsseldorf – und auch sonst ändert sich für den Kunden in der Praxis nichts: Alle bisherigen Produkte verbleiben ebenso im Programm wie die Service-Angebote. Der Anwender kann also weiterhin Depa-Druckluft-Membranpumpen, Elro-Schlauchpumpen, Via-Klappen, Saunders-Membranventile und Revo-Schwenkantriebe ordern und installieren. Und, sicher genauso wichtig: Er spricht weiterhin mit den gleichen Mitarbeitern!

cav Und was bringt die neue Mutter mit ein?

Lukoschek Wir werden natürlich das aktuelle Programm um Produkte aus der Crane-Gruppe ergänzen – aus dem Programm der verschiedenen Armaturen- und Pumpenhersteller im Crane-Geschäftsfeld Fluid Handling werden wir die für unsere Kunden interessanten Produkte herausfischen. Das Ziel ist, genau die Lücken zu füllen, die wir bislang im Produktprogramm hatten. Beispielsweise konnten wir zwischen der metallischdichtenden Klappe MS und der weichdichtenden Klappe RS keine wirtschaftliche Zwischenlösung anbieten. Das ändert sich nun mit der Einführung der Flow Seal High Performance, einer gekammerten Weichdichtung aus dem Crane-Programm. Sie sehen: Unser Selbstverständnis als One-shop-Anbieter wird unter dem neuen Namen Crane Process Flow Technologies GmbH auf eine noch breitere Basis gestellt.

Bei den vom VDMA in Deutschland gezählten 170 Armaturen-Anbietern sollte jeder Anwender das richtige Produkt finden. Doch offeriert nicht jeder Armaturen-Hersteller auch geeignete Antriebe. Dafür wiederum stehen hier zu Lande 30 Antriebs-Anbieter zur Wahl. Der Anwender kann es sich jedoch einfacher machen: Als Komplettanbieter offeriert Revo bewährte Armaturen-Antriebskonzepte. Auch bereits installierte Armaturen können nachträglich mit Antrieben ausgerüstet werden. Das 1992 in Erkelenz gegründete Unternehmen offeriert darüber hinaus ein umfassendes Zubehörprogramm:

• Stellungsregler und Grenzwert-Stopps zur präzisen Durchflussregelung

• Grenzwertschalter übermitteln dem Prozessleitsystem die genaue Stellung der Armatur

• Magnetventile zur elektrischen Überwachung pneumatischer Antriebe

Voraussetzung für dieses Komplett-Angebot von Revo ist, dass dessen Mitarbeiter sich nicht nur bei Armaturen, den Antrieben und der Automatisierungstechnik bestens auskennen; hinzukommen muss auch eine vertiefte Expertise in den Verfahrensabläufen beim Anwender. Revo beschäftigt deshalb eine Reihe von Mitarbeitern, die Erfahrungen aus dem Anlagenbau bzw. der Anlagenautomatisierung mitbringen.

Von besonderer Bedeutung ist, dass alle Lösungen, die in den vergangenen drei Jahren von Revo für die unterschiedlichsten Branchen und Applikationen entwickelt wurden, in einem Experten-Tool dokumentiert sind und dort abgerufen werden können – wertvolles Know-how, das dem Anwender zur Verfügung steht. Einmal ausgelegte Armaturen-Lösungen können so bei Neuplanungen immer wieder übernommen werden, um dadurch zum einen einmal erkannte Fehler zu vermeiden und zugleich Zeit und Planungskosten einzusparen. Das wertvolle Know-how aus abgeschlossenen Projekten kann so sehr effizient genutzt werden. Da im Engineering hohe Kosten anfallen, die einen merklichen Anteil an den Systemkosten haben, verspricht man sich bei Revo erhebliche Kosteneinsparungen, die dem Kunden zugute kommen.