Wählen Sie den richtigen Ventilantrieb für Ihr System

Jun 19, 2023

Ventilantriebe sind ein wesentlicher Bestandteil der Industrialisierung. Dies erklärt, warum laut Future Market Insights allein der Weltmarkt für pneumatische Aktuatoren im Jahr 2023 einen Marktwert von 16 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Obwohl es Ventilaktuatoren in verschiedenen Formen gibt, funktionieren sie nur in bestimmten Anwendungen wie erwartet. In diesem Artikel werden pneumatische, elektrische und hydraulische Ventilantriebe untersucht und die jeweiligen Vor- und Nachteile erläutert, um Sie beim Kauf zu unterstützen.

Wie der Name schon sagt, nutzen pneumatische Ventilantriebe die von der Druckluft erzeugte Energie in rotierende oder lineare mechanische Bewegungen. Der typische Einsatzbereich für pneumatische Drehventilantriebe sind Kegel-, Absperrklappen- und Kugelhähne. Die beiden Haupttypen sind Scotch-Yoke- und Zahnstangenantriebe für pneumatische Ventile. Beide können in Einzel- oder Doppelversion betrieben werden und basieren entweder auf Federrückstellung oder direkter (einfacher oder doppelter) Wirkung. Bei doppeltwirkenden Stellantrieben erfordert die Konfiguration, dass die zugeführte Luft die Kolben in der primären Betätigungsrichtung und in der reziproken Betätigungsrichtung antreibt.

Alternativ benötigen Aktuatoren mit Federrückstellung nur die zugeführte Luft, um die Bewegung der Kolben in eine Richtung anzutreiben, und verlassen sich stattdessen auf die mechanische Kraft einer Feder, um die Kolben in ihre ursprüngliche Position zurückzubringen. Diese Konfiguration mit Federrückstellung ergibt folglich eine ausfallsichere Position, eine bestimmte Ausrichtung, in die der Aktuator das Hubventil zurückführt, wenn die Luftzufuhr zum Aktuator unterbrochen wird. Doppeltwirkende Zahnstangenantriebe liefern lineare Drehmomentausgänge und sorgen für Gleichmäßigkeit über den gesamten Ventilhub. Allerdings würde ein Scotch-Yoke-Aktuator eine Drehmomentausgangskurve liefern, die seine Fähigkeit widerspiegelt, sein maximales Drehmoment am Anfang und Ende seines Hubs zu liefern, bei verringertem Drehmoment in der Mitte des Hubs.

Um sicherzustellen, dass ein Benutzer den richtigen pneumatischen Ventiltyp für seine Anwendung auswählt, muss er Merkmale wie die Art der Ventilbetätigung, die Ventilkonfiguration, die Durchflusskapazität, die Art der Rückführung und die Steuermedien berücksichtigen. Bei der Ventilkonfiguration kann man sich entweder für 2-, 3- oder 4-Wege-Ventile entscheiden, und der Benutzer kann sich für ein Ventil mit Federrückstellung oder direkter Betätigung entscheiden. Auch das zur Steuerung des Ventils verwendete Gas oder die Flüssigkeit und die Art und Weise, wie der Benutzer das Ventil betätigt, spielen bei der Auswahl eine entscheidende Rolle.

Ein elektrischer Stellantrieb wandelt Elektrizität in kinetische oder mechanische Energie um, die Absperrklappen und Kugelventile mit Vierteldrehung steuern kann. Die meisten verwenden einen Motor, der in beide Richtungen fahren kann, und einen Endschalter, der ihn bei Erreichen der Endposition abschaltet. Es gibt zwei Grundtypen elektrischer Ventilantriebe: rotierende und lineare. Elektrische Drehantriebe können mit Küken-, Kugel- und Absperrklappen verwendet werden, die sich um 90 Grad (Vierteldrehung) vom Öffnen zum Schließen drehen und typischerweise in der Verpackungsindustrie eingesetzt werden. Lineare elektrische Ventilantriebe funktionieren am besten mit Membran-, Quetsch-, Schieber-, Eck- und Durchgangsventilen, die zum Öffnen oder Schließen des Ventils eine verschiebbare Spindel erfordern. Diese funktionieren gut, wenn enge Toleranzen das Ziel sind.

Um die Auswahl eines elektrischen Aktuators richtig zu treffen, muss ein Benutzer das Bewegungsprofil berücksichtigen. Das heißt, die zum Bewegen der Last erforderliche Kraft, die Verfahrstrecke sowie die erforderlichen Mindest- und Höchstgeschwindigkeiten. Darüber hinaus müssen sie die Anforderungen an Last, Arbeitszyklus/Zyklusrate und Positionsgenauigkeit berücksichtigen.

Diese nutzen die gleichen Funktionsprinzipien wie pneumatische Stellantriebe, mit dem Unterschied, dass hydraulische Stellantriebsventile eine Flüssigkeit anstelle von Luft verwenden. Daher wandelt ein hydraulischer Aktuator die Druckenergie der Flüssigkeit in eine lineare, rotierende oder oszillierende mechanische Bewegung um. Da sie eine inkompressible Flüssigkeit verwenden, sind sie ideal für schwere Lasten. Hydraulische Stellantriebe gibt es in verschiedenen Formen, darunter Dreh-, Linear-, Drossel-, Start-Stopp- und Halbdrehventile. Am weitesten verbreitet sind Kolbenantriebe. Im Gegensatz zu den anderen Aktuatoren benötigen Benutzer für den Betrieb hydraulischer Aktuatoren mehrere Komponenten. Beispielsweise enthält ein Kolbenantrieb einen Zylinder, eine Feder, einen Schaft, einen Kolben, ein Steuerventil, eine Hydraulikflüssigkeit sowie eine hydraulische Vor- und Rücklaufleitung.

Welcher hydraulische Aktuator am besten geeignet ist, hängt von seinem Anwendungsfall ab. Benutzer müssen Faktoren wie Betriebsdruckbereich, Kraft und Kraftrichtung sowie Art der Zylindermontage berücksichtigen. Weitere Faktoren sind die Betätigungszeit (die Zeit, die zum Öffnen und Schließen benötigt wird), der Bewegungsbereich, der Dichtdruck und die Betätigungskraft sowie die Anzahl der Umdrehungen.

Gilbert Welsford und Jason Welsford sind Unternehmer der Ventilindustrie in dritter Generation. Während ihrer frühen Karriere machten sich beide in anderen Branchen einen Namen, kehrten aber „nach Hause“ zu der Ventilvertriebsfirma zurück, die ihr Großvater 1965 gegründet hatte. Gemeinsam betreiben sie sowohl Valveman.com als auch die FS Welsford Co., einen Ventilvertriebshändler im Großraum Märkte in Philadelphia und im Großraum New York City.