Direkt wirkende Stellantriebe oder umgekehrt wirkende Stellantriebe wählen? Vermeiden Sie Fehler.

Die Prozesssteuerung hängt in hohem Maße von einer zuverlässigen Automatisierung ab, da die Steuersignale durch das Regelventil und seinen Stellantrieb in Bewegung umgesetzt werden müssen. Die Auswahl eines geeigneten Stellantriebs bestimmt das Sicherheitsniveau, die Betriebseffizienz und die lange Lebensdauer und trägt damit zur Gesamtlebensdauer des Ventils bei, während eine falsche Wahl teure Probleme und Sicherheitsrisiken zur Folge hat, die möglicherweise zu Produktverlusten führen oder die Produktionssicherheit gefährden. Diese Auswahlhilfe liefert Ihnen wichtige Informationen für die Wahl zwischen direkt und umgekehrt wirkenden Ventilen und zeigt Ihnen, wie Sie typische Fehler vermeiden können, um zuverlässige Ventilsysteme zu gewährleisten.

Verstehen der Aktionsarten von Aktuatoren

Die mechanische Reaktion eines jeden Aktuators auf Änderungen des Eingangssteuersignals ergibt sich aus seiner vorgegebenen "Aktionsart". Das "Gehirn" des Systems nutzt das Eingangssignal, um dem Stellglied Befehle für seine Aufgaben zu geben. Die Aktionsart legt fest, wie ein Aktuator Befehle durch seine interne "Muskel"-Komponente in physische Bewegungen umsetzt.

Das grundlegende Konzept der Wirkungsart gilt für alle drei Hauptkategorien von Stellgliedern für die Prozesssteuerung, einschließlich pneumatischer, hydraulischer und elektrischer Stellglieder. Der grundlegende Zusammenhang zwischen der Veränderung des Eingangssignals und der daraus resultierenden physikalischen Bewegung dient als wichtiger Klassifizierungsfaktor bei der Auswahl des geeigneten Geräts trotz unterschiedlicher Energiequellen und interner Komponenten.

Direkt wirkender Aktuator

Der direkt wirkende Stellantrieb (DA) funktioniert durch eine direkte Beziehung zwischen Steuersignalen und den daraus resultierenden Ausgangsbewegungen. Der Ausgang des Stellantriebs, der die Position der Armaturenspindel oder der Drehwinkel sein kann, wächst direkt proportional, wenn die Steuersignale innerhalb des spezifizierten Betriebsbereichs ansteigen.

Ein typischer pneumatischer DA-Stellantrieb reagiert auf steigenden Luftdruck an seiner Membran oder seinem Kolben, indem er die Spindel gegen die Rückstellfeder und die Prozesslast weiter vorschiebt. Das Ventil öffnet sich weiter, wenn es mit einem Ventil mit Spindelantrieb verbunden ist, das sich bei steigendem Luftdruck öffnet. Das elektrische Signal (4-20 mA Strom), das bei elektrischen DA-Stellantrieben ansteigt, wird in einen elektronischen Befehl umgewandelt, der das Ventil in Richtung seiner maximalen Hubposition (0% bis 100% offen) steuert.

Umgekehrt wirkender Aktuator

Ein Aktuator mit umgekehrter Wirkungsrichtung (Reverse Acting, RA) funktioniert durch eine Beziehung, bei der erhöhte Eingangssignale zu einer proportionalen Verringerung der Ausgangsleistung führen. Die Ausgangswirkung des Stellantriebs zeigt eine proportionale Verringerung als Reaktion auf steigende Steuersignale im gesamten Betriebsbereich.

Ein standardmäßiger pneumatischer RA-Stellantrieb verfügt über interne Konstruktionselemente, die die Feder im Verhältnis zur Luftkammer so platzieren, dass steigender Luftdruck die Antriebsstange in eine Richtung zwingt, die der Ventilöffnung entgegengesetzt ist. Das an diese Konfiguration angeschlossene Ventil schließt sich stärker, wenn sich die Spindel aufgrund des steigenden Luftdrucks in die angegebene Richtung bewegt. Die Erhöhung des elektrischen Eingangssignals veranlasst den elektrischen RA-Antrieb, den Befehl für die Bewegung des Ventils in seine untere Hubstellung (von 100% offen bis 0% geschlossen) zu verstehen.

Direkt wirkender Aktuator vs. umgekehrt wirkender Aktuator: Was sind die Unterschiede?

Diese beiden Aktuatortypen unterscheiden sich wesentlich in ihrem Wirkprinzip und zeigen ein unterschiedliches Ausfallverhalten. Der Erfolg einer Anwendung erfordert die vollständige Kenntnis dieser Unterscheidungen. Die Hauptunterschiede ergeben sich aus den Methoden der Signalinterpretation und dem Standardverhalten, wenn Steuersignale oder die Stromversorgung ausfallen.

Eine Aufschlüsselung der grundlegenden Unterschiede zwischen den beiden Geräten finden Sie in der folgenden Tabelle:

Merkmal	Direktes Handeln (DA)	Umgekehrt wirkend (RA)
Eingangssignal vs. Aktion	Signal ↑ → Aktion ↑	Signal ↑ → Aktion ↓
Typisches pneumatisches Verhalten	Steigender Luftdruck → Offener/ausgedehnter	Steigender Luftdruck → Mehr geschlossen/eingezogen
Gemeinsames Fail-Safe-Ergebnis (pneumatische Federrückstellung)	Führt oft zu Fail-Close (FC), wenn es mit üblichen Federrücklaufkonstruktionen und Ventiltätigkeiten gepaart wird	Führt oft zu Fail-Open (FO), wenn es mit üblichen Federrücklaufkonstruktionen und Ventilbetätigungen kombiniert wird
Beispiel (Ventil)	Signal steigt → Ventil öffnet	Signal steigt → Ventil schließt
E/A-Kurve (vereinfacht)	Positive Steigung	Negative Steigung

Die Tabelle zeigt die standardmäßigen pneumatischen Fail-Safe-Vorgänge (FC für DA und FO für RA), doch die Fail-Safe-Funktion von elektrischen und hydraulischen Stellantrieben erfordert keine DA/RA-Logik. Der Fail-Safe-Mechanismus hängt von Konstruktionselementen wie Federn und Sicherungen und Konfigurationen ab, die den FC-, FO- oder Fail-Last-Betrieb unabhängig von der normalen Signalwirkung ermöglichen. Die Signal-Aktions-Beziehung während der normalen Steuerung bleibt durch DA/RA definiert, auch wenn die Fail-Safe-Ergebnisse durch die pneumatische Logik bestimmt werden.

Wie Sie den richtigen Aktuator für Ihren Bedarf auswählen

Die Auswahl geeigneter Antriebe erfordert eine systematische Abwägung zwischen den Anforderungen der Anwendung und den auf dem Markt verfügbaren Optionen unter Berücksichtigung des jeweiligen Ventiltyps.

Beurteilung der Bedürfnisse: Der anfängliche Auswahlprozess beginnt mit der Erfassung aller Aspekte der Prozessanwendung des Ventils, einschließlich der Steuerfunktionen und Sicherheitsmerkmale, die die Auswahl des Open-Fail- oder Close-Fail- oder Last-Fail-Designs auf der Grundlage von Sicherheit und Prozessstabilität bestimmen. Das verfügbare Steuersignal und die Energiequelle (Luft, elektrisch, hydraulisch) bestimmen die erforderliche Antriebstechnologie. Prozessbedingungen wie Temperatur und Druck sowie die Art des Mediums müssen sorgfältig bewertet werden, da sie sowohl die Anforderungen an das Ventil als auch an den Antrieb bestimmen.

Bedürfnisse in Beziehung setzen: Das System muss die Aufgabe übernehmen, die Anforderungen mit den geeigneten Aktionstypen und Technologien abzugleichen. Die Grundanforderung an die Betriebssicherheit erfordert in der Regel das Erreichen des kritischen Fail-Safe-Zustands. Der Fail-Close-Betrieb bei Signal-/Stromausfall kann durch den Einsatz eines pneumatischen direktwirkenden Antriebs als Standardlösung erreicht werden. Die Fail-Open-Anwendung erfordert eine typische Implementierung eines pneumatischen Stellantriebs mit umgekehrter Wirkungsrichtung. Die Prüfung elektrischer und hydraulischer Stellantriebe sollte durchgeführt werden, um Modelle zu identifizieren, die ausfallsichere Merkmale (Feder, Batterie, Akkumulator) enthalten, die Ihren FC/FO-Anforderungen entsprechen. Standardmäßige elektrische Systeme funktionieren zusammen mit bestimmten hydraulischen Systemen, wenn Fail-Last eine akzeptable Option ist. Der letzte Schritt erfordert die Integration der normalen Betriebssignal-Aktionslogik mit der gewählten Antriebs- und Ventilkombination.

Anwendungsbeispiele: Eine Standardlösung für ein ESD-Ventil in einer Gasleitung mit Fail-Close-Anforderung besteht aus einem pneumatischen DA-Stellantrieb und einem Schließventil. Das Entlüftungsventil benötigt einen pneumatischen RA-Antrieb und ein Öffnungsventil, um die Fail-Open-Anforderungen zu erfüllen, wenn der Luftdruck ausfällt. Das kritische Kühlwasserventil benötigt eine Fail-Open-Funktionalität bei Stromausfällen und verwendet daher einen elektrischen Stellantrieb mit Batterie-Backup.

Häufige Fehler bei der Auswahl und warum

Bei der Auswahl zwischen direkt- und umgekehrt wirkenden Stellantrieben kommt es häufig zu Fehlern, die zu unsachgemäßem Betrieb der Armatur, instabilen Steuerungssystemen und gefährlichen Zuständen führen, insbesondere bei Notabschaltungen oder Prozessstörungen, was zu Produktverlusten führen oder die Produktionssicherheit gefährden kann. Die Auswahlfehler entstehen hauptsächlich dadurch, dass die Benutzer die grundlegenden Konzepte nicht verstehen oder es versäumen, umfassende Anwendungsbewertungen durchzuführen, einschließlich der Fehleinschätzung der Wirksamkeit bestimmter Kombinationen von Merkmalen.

Dieser Fehler wird häufig begangen, wenn man davon ausgeht, dass direkt wirkende Antriebe in geschlossener Stellung und umgekehrt wirkende Antriebe in geöffneter Stellung ausfallen, ohne die pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Antriebstechnologien zu berücksichtigen. Die Standard-Fail-Safe-Vorgänge für die meisten pneumatischen Antriebe mit Federrückstellung folgen dem Muster Fail-Close/Fail-Open, doch elektrische und hydraulische Antriebe bieten Fail-Safe-Optionen, die unabhängig von ihrer Signalwirkungsrichtung funktionieren. Die Verwendung eines elektrischen DA-Antriebs mit Fail-Last-Design anstelle von Fail-Close in kritischen Situationen stellt einen vermeidbaren großen Fehler dar.

Der Fehler tritt auf, wenn Ingenieure nur die normale Betriebssteuerungslogik spezifizieren ("Ich möchte, dass das Ventil öffnet, wenn das Signal hoch ist"), ohne den erforderlichen Fail-Safe-Zustand klar zu definieren. Die Fail-Safe-Stellung ist die primäre Determinante für die Auswahl der richtigen Aktionsart, da sie Vorrang vor der normalen Steuerlogik hat, wenn beide Systeme einander widersprechen. Ein gefährliches Standardverhalten ergibt sich aus dem Weglassen der genauen Definition des erforderlichen Zustands bei Strom- oder Signalverlust (Fail-Open, Fail-Close, Fail-Last).

Die Systemreaktion wird komplex, wenn die Bediener Regelventile falsch kombinieren, weil sie keine vollständige Kenntnis über die dem Ventil innewohnende Funktion haben. Einige Regelventile erfordern einen "Luft-zu-Öffnen"- oder "Luft-zu-Schließen"-Betrieb auf der Grundlage des Verhaltens der internen Komponenten ohne externe Betätigung. Die Systemreaktion und die Ausfallsicherheit ergeben sich aus dem kombinierten Betrieb von Stellantrieb und Ventil. Ein pneumatischer Stellantrieb mit umgekehrter Wirkungsrichtung kann in Verbindung mit einem "Luft-zu-Öffnen"-Ventil komplizierte Systemreaktionen hervorrufen, die sich einer einfachen Interpretation entziehen könnten.

Antrieb-Ventil-System Harmonie

Stellantriebe sind Teil wesentlicher Systeme, zu denen sowohl die Armatur als auch sie selbst gehören. Ihre automatisierte Armaturenbaugruppe funktioniert auf der Grundlage der perfekten Abstimmung zwischen ihren beiden wesentlichen Komponenten. Der harmonische Betrieb erfordert mehr als nur die Auswahl geeigneter Antriebsarten, denn er erfordert eine perfekte Abstimmung zwischen den mechanischen Elementen und den Signalübertragungs- und Leistungsmerkmalen, die je nach Technologie der Energiequelle unterschiedlich sind.

Umsetzung der beabsichtigten Maßnahmen in die Systemleistung: Die Passung, auf die es ankommt

Die Wahl zwischen direkt oder umgekehrt wirkenden Stellantrieben bestimmt die Beziehung zwischen Steuersignalen und Armaturenstellungseinstellungen. Die Zuverlässigkeit des Systems hängt sowohl von der physischen als auch von der funktionalen Abstimmung zwischen Antrieb und Armatur ab, um den entscheidenden Fail-Safe-Zustand zu erreichen.

Dies beinhaltet die Sicherstellung:

Mechanische Leckage und Hubanpassung: Es muss eine geeignete Schnittstelle vorhanden sein, an der die Abtriebswelle oder Spindel des Stellantriebs mit der Spindel oder Welle der Armatur verbunden ist, normalerweise als Scharnier, damit die Bewegung des Stellantriebs in die erforderliche Bewegung der Armatur umgewandelt wird. Dadurch wird die Drehbewegung in eine Bewegung innerhalb des Armaturengehäuses umgewandelt, und auch Verbindungsmethoden wie der Klemmring können potenzielle Probleme aufwerfen. Lineare Ventile haben Hublängen, während rotierende Ventile Drehwinkel haben. Beide müssen absolut mit den ausgerichteten Parametern für den Weg von vollständig geschlossenen zu vollständig geöffneten Ventilen übereinstimmen. Wenn es keine Hubverbindung zwischen Antrieb und Armatur gibt, die entweder direkt gekoppelt oder umgekehrt angeordnet ist, wird nie ein vollständiges Öffnen und Schließen erreicht. Wenn keine Kontrolle über die gewünschte Steuerposition besteht, wird die Art des Steuervorgangs logisch abhängig vom Topf und das Nichterreichen der Fail-Safe-Position kompromittiert die Aktionslogik, die von der Sicherheit abhängig ist.

Leistungskompatibilität (Schubkraft/Drehmoment): Der Antrieb sollte eine ausreichende lineare Schubkraft oder ein ausreichendes Drehmoment ausüben, um die Armatur über alle Prozessparameter hinweg zuverlässig und gleichmäßig zu betätigen. Der Antrieb sollte in der Lage sein, sowohl die statischen als auch die dynamischen Reibungskräfte zu überwinden und gleichzeitig den Differenzdruck zwischen den Positionen von Ventilscheibe/Kugel/Kegel und den auf den Ventilsitz wirkenden Kräften zu bewältigen. Modulation und Fail-Safe-Betrieb müssen innerhalb der kontrollierten Druckgrenzen erfolgen, um das Risiko eines Druckstoßes zu minimieren. Die erforderliche Leistung bestimmt das Leistungsvermögen. Es ist dieser Zusammenhang, der die unerwünschte und verbesserte Leistung des Stellantriebs ergibt. Kompakte Stellantriebe sind nicht in der Lage, die Leistung innerhalb des Befehls für die Direkt-/Reversiervorgänge zu erreichen, wodurch die Ausfallsicherheit deaktiviert wird.

Integrität der Signalschnittstelle: Die Übertragung von Steuersignalen erfordert eine sichere Verbindung der pneumatischen oder hydraulischen Leitungen sowie der elektrischen Verdrahtung/Bus, um Zuverlässigkeit und Kompatibilität zu gewährleisten. Unabhängig von der Antriebskonfiguration (direkt oder umgekehrt) führt ein Fehler in der Signalschnittstelle dazu, dass die gegebenen Signale nicht ausgeführt werden.

Kurz gesagt, obwohl ein Befehl, der durch neuronale Eingaben gegeben wird, als physisch ausgeführter Handlungsausgang beschrieben werden kann, definiert das Zusammenspiel zwischen positiver und negativer Körperkoordination, die in der Bewegungssicherheitslogik gekapselt ist, die Geschicklichkeit der Körperausführung. Solche Fehlfunktionen deuten darauf hin, dass das System nicht mehr in der Lage ist, die notwendigen Kontrollpositionen zu erreichen, die auf der Grundlage der gewählten Aktion erreicht werden müssen, oder eine vorgegebene Fail-Safe-Position im Kontrollzustand beizubehalten, wodurch nicht funktionierende Kontrollergebnisse sichergestellt werden, selbst wenn der primäre Auswahlmodus die direkte oder umgekehrte Logik ist, die den Sicherheitsmechanismus stark übersteuert.

Partnerschaft mit VINCER für Qualitätsventile

Um eine verlässliche Leistung eines automatisierten Ventilsystems zu erreichen, sind ein kohärentes Zusammenspiel der Komponenten und eine hervorragende Qualität erforderlich. Dies ist das Fachgebiet von VINCER Valve. VINCER hat sich seit 2010 auf die besten automatisierten Ventillösungen spezialisiert und versteht die Systemharmonie sehr gut. Er bietet die wichtigsten Teile für eine zuverlässige Automatisierungssteuerung wie elektrisch betätigte Ventile, pneumatisch betätigte Ventile und Magnetventile, die alle in der Automatisierung weit verbreitet sind. Die Produktlinie bietet ein umfassendes Angebot an Ventilen für verschiedene Arten von Ventilen, einschließlich zuverlässiger pneumatischer Sitzventile, die für ihr zuverlässiges Design bekannt sind.

VINCER setzt sich unnachgiebig für Qualität ein, um eine lange Lebensdauer der Armaturen zu gewährleisten. Von der Auswahl hochwertiger, authentischer Komponenten bis zur Durchführung mehrstufiger Qualitätskontrollen (mit vollständiger Rückverfolgbarkeit) zeichnet sich VINCER durch die Aufrechterhaltung internationaler Zertifizierungen (SIL und ATEX geplant) in Verbindung mit der zuverlässigen Leistung seiner Ventile und Stellantriebe aus. Ihr zuverlässiges Design, das häufig auf einer bewährten modularen Plattform aufbaut, garantiert die Fähigkeit Ihres Stellantriebs, eine ununterbrochene direkte oder umgekehrte Aktion wie programmiert zu liefern, mit der Sicherheit einer ausfallsicheren Aktivierung im kritischen Moment (z. B. verfügt der Stellantrieb über ausfallsichere Funktionen wie Auto-Reset bei Stromausfall), was eine verbesserte Leistung des Stellantriebs gewährleistet. Ihre Qualität trägt auch zur Minimierung von Lagerkosten und Produktverlusten bei.

Ihr Fachwissen erstreckt sich auf besonders anspruchsvolle Anwendungen, die hohe Hygienestandards und die Einhaltung strenger Hygienestandards und EU-Lebensmittelvorschriften für Branchen wie die Körperpflegeindustrie erfordern. Sie bieten exzellente Hygienelösungen, die das Eindringen von Bakterien verhindern und einen geringeren Einsatz von Reinigungsflüssigkeiten ermöglichen, was wesentlich zu einer höheren Produktsicherheit beiträgt. Dies zeigt sich in ihrem Angebot an einzigartigen Einsitzventilen, bekannt als einzigartige SSV-Ventile oder einfach einzigartige SSV, erhältlich in der einzigartigen SSV-Reihe. Diese Baureihe zeichnet sich durch die Merkmale der Unique SSV-Reihe und die Unique SSV-Ventilkörper mit einem speziellen Design der Kegelstützen und einer präzisen Oberflächenbearbeitung der Spezifikationen, einschließlich der einzelnen Edelstahlscheibe, aus. Das einzigartige Standard-SSV-Design bietet aseptische Kompatibilität und kann effektiv als Umschaltventile verwendet werden. Im Vergleich zu Optionen wie der Hygieneausrüstung von alfa laval bieten die alfa laval unique SSV-Reihe und die alfa laval unique SSV-kompatiblen Lösungen von VINCER niedrige Gesamtkosten für unique ssv und unique ssv niedrige Gesamtbetriebskosten. Mit solch umfassenden Kombinationen von Merkmalen und maßgeschneiderten Lösungen sorgen die unendlichen Möglichkeiten für robuste Prozesssicherheit und Unterstützung bei hohen Drücken. Durch eine Partnerschaft mit VINCER Valve erhalten Sie ohne Vorbehalt.

Langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten

Die zuverlässige Leistung einer Maschine beginnt mit der Auswahl eines passenden Stellantriebs und des entsprechenden Ventilmodells. Ein zuverlässiges Design, das häufig auf einer bewährten modularen Plattform aufbaut, und eine regelmäßige Wartung gemäß dem Protokoll der jeweiligen Antriebstechnologie erhöhen die Zuverlässigkeit, verlängern die Lebensdauer und verhindern unerwartete Ausfälle.

Für pneumatische Stellantriebe: Die Qualität der Prozessluftversorgung ist das wichtigste Element, das zu berücksichtigen ist. Die Luft muss unverschmutzt, trocken und gefiltert sein und mit dem richtigen Druckbereich zugeführt werden. Kontrollieren Sie die Luftfilter, Abflüsse und Entlüftungsventile regelmäßig. Prüfen Sie Luftleitungen und Armaturen auf Leckagen. Prüfen Sie regelmäßig die Dichtungen des Stellantriebs auf äußere Korrosion und Schäden. Die Wartung der Schmierstellen (falls vorhanden) muss gemäß dem Handbuch des Herstellers erfolgen.

Für hydraulische Stellantriebe: Die Zuverlässigkeit hängt weitgehend von der Sauberkeit und der Gesamtqualität der Hydraulikflüssigkeit ab. Überwachen Sie kontinuierlich den Flüssigkeitsstand und das Filtersystem. Prüfen Sie die Hydraulikleitungen und -anschlüsse, während sie unter Druck stehen, und suchen Sie nach möglichen Lecks. Untersuchen Sie die Dichtungen und das Antriebsgehäuse auf mögliche Schäden oder Korrosion. Prüfen Sie die Empfehlungen des Herstellers zum Austausch der Flüssigkeit und zur Wartung des Filters.

Für elektrische Stellantriebe: Zur Zuverlässigkeit gehört auch die Überprüfung der Dichtigkeit und Korrosion der elektrischen Anschlüsse. Achten Sie auf abnormale Geräusche, die vom Motor oder Getriebe ausgehen. Überprüfen Sie das Gehäuse auf Umwelteinflüsse oder Beschädigungen. Halten Sie sich bei batteriebetriebenen Stellantrieben an die Richtlinien des Herstellers bezüglich Prüfung und Austausch. Wenn Schmiernippel oder Ölbehälter vorhanden sind (unwahrscheinlich, aber möglich), warten Sie sie gemäß dem Handbuch.

Schlussfolgerung

Die Auswahl eines direkt oder indirekt wirkenden Stellantriebs ist eine wichtige Entscheidung, die von Ihren Prozessanforderungen und wichtigen Fail-Safe-Kriterien geprägt ist. Die Kenntnis der grundlegenden Unterschiede vermeidet typische Fallstricke bei einer solch kritischen Auswahl, aber das Erreichen eines zuverlässigen und sicheren automatisierten Ventilbetriebs ist ein viel umfassenderes Anliegen als die ursprüngliche Entscheidung. Ein adäquates Antrieb-Ventil-System in Bezug auf die Qualität seiner Komponenten, den Wartungsaufwand im Laufe der Zeit und das Ventil selbst erfordert Aufmerksamkeit. Die Befolgung der obigen Überlegungen - beginnend mit einer gründlichen Bewertung der Anforderungen und einer angemessenen Ausgangsentscheidung, über die Erzielung von Synergien mit den Komponenten, die Konzentration auf die Qualität und die Festlegung einer zuverlässigen Wartung auf lange Sicht - führt zu einer konsistenten Ventilfunktion in allen kritischen Prozesssteuerungsanwendungen.