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Kraftvoller Antrieb

Ovalkolben sorgen für ein hohes Anfangsdrehmoment
Kraftvoller Antrieb

Das bessere Kosten/Nutzen-Verhältnis von Dreharmaturen im Vergleich zu herkömmlichen Schiebern und Hubventilen ab den Nennweiten 65 mm führt zu einer wachsenden Nachfrage pneumatischer Schwenkantriebe. Der Antrieb AirOval zeichnet sich zudem durch optimale Drehmomentleistung, geringen Luftverbrauch, Installationsfreundlichkeit, geringes Gewicht sowie chemische Beständigkeit aus.

Patrick Zurbuchen

Bei der Auslegung eines pneumatischen Schwenkantriebes spielen neben den qualitativen und wirtschaftlichen Faktoren vor allem das notwendige Drehmoment der Armatur sowie der Drehmomentverlauf eine wichtige Rolle. Bei Kugelhähnen liegt das höchste Drehmoment jeweils beim Ausdrehen aus 0° und 90° an. Gasdichte Klappenventile erfordern das höchste Drehmoment beim Ein- und Ausdrehen der Scheibe aus der Manschette oder aus dem Dichtring, also bei 0°. Vor allem elastomergedichtete Klappen mit zentrischer Scheibe, die sich längere Zeit in geschlossener Stellung befinden, erfordern ein erhöhtes Losbrechmoment. Für die Auslegung von Kugelhähnen und Klappen ist somit das zu leistende Drehmoment des Schwenkantriebes bei 0° sowie bei 90° unter Berücksichtigung des verfügbaren Steuerdruckes entscheidend.
Konstruktionsprinzip
Das Anfangsdrehmoment des Schwenkantriebes AirOval mit ovalen Kolben liegt bei 0° rund 2,3 mal höher als das herkömmlicher Antriebe mit einer flächengleichen zylindrischen Kolben-Ritzel-Konstruktion und ca. 30% höher als das flächengleicher, zylindrischer Joch-Kinematik-Konstruktionen (Abb. 1). Der AirOval Antrieb nutzt den Effekt, dass sich das an der Antriebswelle zur Verfügung stehende Drehmoment durch eine ovale Ausbildung der Kolben und durch den daraus resultierenden längeren Hebelarm steigern lässt (Abb. 2). Statt Kolben-Ritzel oder Rotation, wurde eine spezielle Joch-Kinematik gewählt. Die mit Hilfe von Computersimulationen entwickelte Kulissenführung zwischen den beiden Kolben und der Antriebswelle ergibt den jeweils größten Hebelarm in den beiden Kolbenendstellungen bei 0° und 90°. Durch die Kombination der drei konstruktiven Maßnahmen erreicht der AirOval-Antrieb sehr hohe Drehmomentwerte im Drehwinkelbereich 0 bis 10° sowie 80 bis 90°. Zudem besitzt er kompakte Außenmaße und hat einen geringen Luftverbrauch.
Doppelkammersystem
Neben den klassischen, doppeltwirkenden Versionen ohne Federpaket (Abb. 3) und den einfachwirkenden Versionen mit Federpaket (Abb. 4) wurde zusätzlich ein einfachwirkender AirOval-Antrieb mit Doppelkammersystem entwickelt. An den Hauptkolben ist hier je ein Hilfszylinder mit einem Hilfskolben und variablem Federpaket angebracht (Abb. 5). Bei Druckbeaufschlagung werden auch die Hilfskolben gegen die Wirkung des Federpaketes bewegt. Durch die Erhöhung der druckbeaufschlagten Fläche durch den Hilfskolben lassen sich entsprechend stärkere Federpakete einsetzen. Dadurch wird ein Anfangsmoment bei 0° an der Antriebswelle erzeugt, das das eines doppeltwirkenden Antriebes erreicht oder teilweise sogar übertrifft.
Das Aluminiumgehäuse aller AirOval-Antriebe ist innen und außen zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit hart eloxiert. Die Außenseite ist mit einem Epoxy-PTFE-Harz beschichtet und besitzt dadurch eine hohe chemische Beständigkeit. Die Endkappen sind ebenfalls aus eloxiertem Aluminium und zusätzlich mit Polyester beschichtet.
Genormte Schnittstellen
Um eine optimale Adaption auf bestehende Komponenten zu ermöglichen sind die Schnittstellen der Antriebsserie AirOval nach den aktuell gültigen Normen konzipiert. Das Flanschbild entspricht der Norm ISO 5211 beziehungsweise DIN 3337 bezüglich Lochkreis für den Aufbau auf die Armatur. Durch den serienmäßigen Achtkant sind sowohl parallele als auch 45° versetzte Wellenenden ohne Modifikationen aufbaubar. Die beiden Schnittstellen für die Steuerventile und für den Aufbau von Stellungsmeldern sind entsprechend Namur ausgelegt.
Justierbarkeit
Damit die Justierung des Antriebes mit der Armatur mit wenigen Handgriffen vollzogen werden kann, wurden alle Einstellungsmöglichkeiten von außen zugänglich konzipiert. Serienmäßig ist jeder AirOval mit einem vor Schmutz geschützten Nocken-Schrauben-System ausgerüstet, womit eine exakte Einstellung der beiden Endlagen von ±3° schnell und bequem möglich ist. Die im Gehäuse integrierte O-Ring-Abdichtung erlaubt die Einstellung unter Steuerdruck während des Betriebes. Somit entfällt eine Demontage von Seitendeckeln sowie das Entlüften des Antriebes vor der Einstellung. Zudem gibt es eine stufenlos einstellbare Hubbegrenzung zur Justierung zweier beliebiger Endlagen.
Stellungsanzeige
Die Stellungsanzeige lässt eine möglichst große Flexibilität des Anwenders durch verstellbare Nocken in Stufen von jeweils 5° zu. Die Verstellung ist einfach über Lösen der Kopfschraube möglich. Die Spritzgussteile können bei horizontal oder auf dem Kopf montierten Antrieben nicht herunterfallen. Im Schaltnocken sind serienmäßig magnetische Metalleinsätze eingebaut. Diese erlauben ohne Anpassungsarbeiten wahlweise den Einsatz von mechanischen Endschaltern oder induktiven Sensoren zur Signalgebung. Als Stellungsanzeigen stehen Schaltnocken mit optischer Stellungsanzeige und die optische Sicherheitsanzeige open-closed in Signalfarben grün und gelb mit integrierten Schaltnocken für mechanische oder induktive Abtastung zur Verfügung.
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