Ein pneumatischer Stellantrieb nutzt Luftdruck zum Öffnen, Schließen oder Regulieren eines Ventils. Er wird auch als pneumatisches Stellglied oder pneumatisches Gerät bezeichnet. Pneumatische Stellantriebe sind häufig mit zusätzlichen Bauteilen ausgestattet. Gängige Beispiele sind Ventilstellungsregler und Handradmechanismen. Der Ventilstellungsregler optimiert mithilfe des Rückkopplungsprinzips die Stellantriebsleistung, sodass der Stellantrieb gemäß dem Steuersignal der Steuerung eine präzise Positionierung erreicht. Der Handradmechanismus dient der direkten Betätigung des Steuerventils, um die Produktion auch bei Ausfall des Steuerungssystems (z. B. Stromausfall, Gasausfall, fehlendes Ausgangssignal der Steuerung oder Ausfall des Stellantriebs) aufrechtzuerhalten.
Funktionsprinzip des pneumatischen Stellantriebs
Wenn Druckluft über Düse A in den pneumatischen Stellantrieb eintritt, drückt das Gas die Doppelkolben linear zu beiden Enden (Zylinderkopfenden). Die Zahnstange am Kolben treibt das Zahnrad auf der Drehwelle um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn an, wodurch das Ventil geöffnet wird. Gleichzeitig wird das Gas an beiden Enden des Stellantriebs über Düse B abgelassen. Tritt hingegen Druckluft über Düse B in den Stellantrieb ein, drückt das Gas die Doppelkolben linear in der Mitte. Die Zahnstange am Kolben treibt das Zahnrad auf der Drehwelle um 90 Grad im Uhrzeigersinn an, wodurch das Ventil geschlossen wird. In diesem Moment wird das Gas in der Mitte des Stellantriebs über Düse A abgelassen. Dies ist das Funktionsprinzip der Standardausführung. Je nach Bedarf kann der Stellantrieb auch mit einem umgekehrten Funktionsprinzip ausgestattet werden: Die gewählte Achse dreht sich im Uhrzeigersinn, um das Ventil zu öffnen, und gegen den Uhrzeigersinn, um es zu schließen. Die Düse A des einfachwirkenden (federbelasteten) pneumatischen Stellantriebs dient als Lufteinlass, die Düse B als Auslassöffnung (die Düse B sollte mit einem Schalldämpfer versehen sein). Der Lufteinlass der Düse A öffnet das Ventil, und die Federkraft schließt es, sobald die Luftzufuhr unterbrochen wird.
Leistung des pneumatischen Aktuators
1. Die Nennausgangskraft bzw. das Nenndrehmoment des pneumatischen Geräts muss internationalen und kundenspezifischen Vorschriften entsprechen.
2. Im Leerlauf wird der Zylinder mit dem in „Tabelle 2“ angegebenen Luftdruck beaufschlagt, und seine Bewegung sollte gleichmäßig und ohne Blockieren oder Kriechen erfolgen.
3. Bei einem Luftdruck von 0,6 MPa darf das Ausgangsdrehmoment bzw. der Schub des pneumatischen Geräts sowohl in Öffnungs- als auch in Schließrichtung nicht geringer sein als der auf dem Typenschild des pneumatischen Geräts angegebene Wert. Die Bewegung muss flexibel sein, und es dürfen keine bleibenden Verformungen oder andere anormale Phänomene an irgendeinem Teil auftreten.
4. Bei der Dichtheitsprüfung unter maximalem Betriebsdruck darf die Luftmenge, die auf jeder Gegendruckseite austritt, (3+0,15D)cm3/min (Normalzustand) nicht überschreiten; die Luftmenge, die aus dem Enddeckel und der Abtriebswelle austritt, darf (3+0,15d)cm3/min nicht überschreiten.
5. Die Festigkeitsprüfung wird mit dem 1,5-fachen des maximalen Betriebsdrucks durchgeführt. Nach einer dreiminütigen Belastung unter Prüfdruck dürfen weder Leckagen noch strukturelle Verformungen am Zylinderenddeckel oder an den statischen Dichtungsteilen auftreten.
6. Die pneumatische Vorrichtung simuliert die Funktion eines pneumatischen Ventils und ist daher für eine bestimmte Anzahl von Betätigungen ausgelegt. Unter der Bedingung, dass das Ausgangsdrehmoment bzw. die Schubkraft in beide Richtungen aufrechterhalten wird, darf die Anzahl der Öffnungs- und Schließvorgänge nicht weniger als 50.000 betragen (ein Öffnungs-Schließ-Zyklus).
7. Bei pneumatischen Geräten mit Dämpfungsmechanismen ist ein Aufprall unzulässig, wenn sich der Kolben in die Endposition des Hubs bewegt.
Vorteile pneumatischer Aktuatoren
1. Es empfängt kontinuierliche Gassignale und gibt eine lineare Verschiebung aus (nach Hinzufügen eines Elektro-/Gaswandlers kann es auch kontinuierliche elektrische Signale empfangen). Einige Modelle können nach Ausstattung mit einem Kipphebel auch eine Winkelverschiebung ausgeben.
2. Es gibt positive und negative Aktionsfunktionen.
3. Die Bewegungsgeschwindigkeit ist hoch, aber sie verringert sich, wenn die Last zunimmt.
4. Die Ausgangskraft steht in Zusammenhang mit dem Betriebsdruck.
5. Hohe Zuverlässigkeit, jedoch kann das Ventil nach Unterbrechung der Luftzufuhr nicht aufrechterhalten werden (nach dem Hinzufügen eines Positionshalteventils kann es aufrechterhalten werden).
6. Die Realisierung einer segmentierten Steuerung und einer Programmsteuerung ist unpraktisch.
7. Einfache Wartung und gute Anpassungsfähigkeit an die Umgebung.
8. Hohe Ausgangsleistung.
9. Es verfügt über eine Explosionsschutzfunktion.
Zusammenfassend
Die Einbau- und Anschlussmaße der pneumatischen Stellantriebe und Ventile sind nach den internationalen Normen ISO5211, DIN3337 und VDI/VDE3845 ausgelegt und können mit herkömmlichen pneumatischen Stellantrieben ausgetauscht werden.
Die Lufteinlassöffnung entspricht dem NAMUR-Standard.
Die untere Wellenmontagebohrung des pneumatischen Stellantriebs (gemäß ISO5211-Norm) ist doppelt quadratisch, was die Montage von Ventilen mit Vierkantstangen in gerader oder 45°-Winkel erleichtert.
Veröffentlichungsdatum: 16. Februar 2025