Mit einem hochgenauen Ventilantrieb in Kombination mit einem Kugelsektorventil ist es Schubert & Salzer Control Systems gelungen, eine Präzisionsventileinheit für große Volumenströme herzustellen. Höchste Präzision wird mit einem Absolut-Drehwinkelsensor, der die tatsächliche Position der Ventileinheit in Echtzeit erfasst und als Stellgröße an den Regler zurückmeldet, erreicht. Die Auflösung einer 90°-Schwenkbewegung in über 8000 Schritte reduziert die Hysterese auf unter 0,02 %.
Dr. Rainer Lange, Dipl.-Ing. (FH) Reiner Wolf
Kugelsektorventile werden überall dort eingesetzt, wo konventionelle Armaturen aufgrund der harten Betriebsbedingungen ungeeignet sind. Das Herzstück dieses Ventils ist eine Kugelhalbschale, die im Ventilgehäuse wartungsfrei und leichtgängig gelagert ist. Der Kugelsektor dichtet auch unter härtesten Betriebsbedingungen das Medium über einen einfach austauschbaren Sitzring zum Gehäuse hin ab. Der Kugelsektor muss nur um 90° gedreht werden, um das Ventil vom völlig freien Öffnungsquerschnitt auf geschlossen zu betätigen. Dabei verändert sich der Öffnungsquerschnitt von rund auf elliptisch. Dieses besondere Profil des Öffnungsquerschnitts verhindert das Verstopfen, die Entwässerung von Aufschwemmungen und vermindert den Verschleiß durch abrasive Medien.
Ressourcenschonung und Prozesseffizienz erfordern heute mehr denn je eine exakte Regelung auch bei großen Volumenströmen. Dazu muss die Kopplung von Stellsignal über den Stellantrieb auf den Kugelsektor so ausgeführt sein, dass die Hysterese, die bei vielen Ventilbauformen systembedingt, aber auch durch Fertigungstoleranzen beeinflusst ist, minimiert wird. Speziell hierfür wurde der hochgenaue elektrische Ventilantrieb für das Kugelsektorventil entwickelt.
Der für die Drehbewegungen entwickelte Servomotor wird nach Anwenderwunsch werksseitig zur Kommandierung über ein analoges Stellsignal (4…20 mA) oder über eine Schritt-/Richtungssteuerung mit einem Signalpegel von 24 V und 400 Hz maximaler Eingangsfrequenz konfiguriert. Die Ansteuerung des Stellantriebs per CAN-Bus oder Profibus ist ebenfalls möglich.
90° in 8000 Schritten
Die Antriebssteuerung über Schritt-/Richtungssteuerung wird je nach Prozess- bzw. Präzisionsanforderung so konfiguriert, dass eine 90°-Schwenkbewegung in 1000 bis 8000 Schritte aufgelöst wird. Dabei entspricht die eingestellte Schrittzahl der tatsächlich am Kugelsektor aufgelösten Stellschritte und nicht der Schrittanzahl des Motors. Über ein kompaktes Planetengetriebe wird die Drehbewegung des Motors spielfrei auf den Kugelsektor übertragen.
Bei Ansteuerung über ein analoges Stellsignal ist mit diesem Ventilantrieb die Stellzeit für eine 90°-Schwenkbewegung zwischen ganz offen und ganz geschlossen zwischen 1 und 300 s einstellbar. Die Auflösung des Analogsignal beträgt dabei maximal 8192 Schritte. Natürlich ist auch eine Handnotbetätigung möglich.
Die entscheidende Rückkopplung für eine kompromisslose Regelpräzision wird aber erst durch einen 15-bit-Absolut-Drehwinkelgeber erreicht, der die aktuelle Position der Kugelhalbschale im Ventilgehäuse am unbelasteten zweiten Lagerzapfen kräftefrei und hochgenau erfasst und als digitales Signal an die Steuerung zurückmeldet. Mit diesem ventilinternen Regelkreis wird eine höchstmögliche Präzision zwischen Stellsignal und tatsächlicher Ventilstellung erreicht.
Die Steuerung ist in einen kompakten Schaltschrank integriert. Zusätzlich liefert diese auch ein analoges Rückmeldesignal, das von der Anlagensteuerung ausgewertet werden kann.
Die Ventileinheit aus Antrieb, Kugelsektorventil und Drehwinkelgeber ist in der Schutzart IP 65 und für Umgebungstemperaturen von -10 °C bis +60 °C ausgeführt. Das Kugelsektorventil ist in Zwischenflanschausführung in den Nennweiten DN 80 bis DN 250 verfügbar. Die O-Ringdichtungen dieser Präzisions-Regelventile sind so ausgelegt, dass sie für Medien im Temperaturbereich von -10 °C bis +170 °C eingesetzt werden können. Ein Einsatzbeispiel für diese Präzisionsregelventile ist die Steuerung des Flächengewichts in der Papierherstellung. Natürlich werden die Vorteile dieser Ventile mit diesem hochgenauen Antrieb auch in Prüfständen genutzt, wo Medien wie z. B. Luft über große Mengenbereiche gesteuert werden müssen.
cav 401
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