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antriebstechnik 8/2016

antriebstechnik 8/2016

Der Preis entscheidet

Der Preis entscheidet nicht Was bedeuten schnell ansprechende Stellantriebe für die Prozessoptimierung? Mattia Tami Die Anforderungen an alle bei der Energiegewinnung und -versorgung verwendeten Komponenten steigen stets. Es versteht sich von selbst, dass in technisch hoch anspruchsvollen Bereichen wie der Öl- und Gasindustrie, der petrochemischen Industrie oder dem Energiesektor ein Ausfall eines Stellantriebs aus Sicherheits- und Kostengründen unbedingt zu verhindern ist. Ein vorübergehender Ausfall von nur einer Stunde würde Kosten von rund 1 Mio. Euro verursachen. Mattia Tami arbeitet im Sales and Marketing bei IMI Critical-Engineering in Birmingham Vor diesem Hintergrund wird deutlich, warum gerade Stellantriebe besonders zuverlässig sein müssen: Sie steuern und regeln andere versorgungskritische Mechanismen oder Systeme. Tatsächlich kommen Stellantriebe schon seit ca. 2 000 Jahren zum Einsatz. Bereits das Wasserversorgungssystem der Römer war mit Steuerungen für Ventile, Leitungen und Anschlussstutzen ausgestattet. In der modernen Verfahrenstechnik müssen Anwendungen wie Druckbegrenzungsventile für Kompressoren oder Turbinen­ Bypassventile beste Leistungen erbringen. Selbst bei extremer Hitze oder Kälte, unter Einwirkung korrosiver Flüssigkeiten oder unter anderen anspruchsvollen Umgebungsbedingungen müssen sie äußerst genau und zuverlässig funktionieren. Diese Ventile, die sehr groß dimensioniert sein können und sich damit unter Umständen nur unter großem Kraftaufwand öffnen und schließen lassen, werden von Stellantrieben gesteuert. Die Folgekosten beachten Das Angebot an Stellantrieben ist sehr groß. Doch Anlagenbetreiber sollten sich davor hüten, ungeachtet des Einsatzzweckes allein den Preis über die Auswahl eines Stellantriebs entscheiden zu lassen. Kommt es zu einem Ausfall eines Stellantriebs, muss nicht nur die Anlage heruntergefahren werden um den schadhaften Stellantrieb auszutauschen. Vielmehr kann ein solcher Ausfall auch Schäden an Ventilen und Prozessklappen und damit entsprechende Folge kosten nach sich ziehen. Natürlich verursacht auch der Notbetrieb in fern gewarteten Anlagen weitere Folgekosten. In den vergangenen Jahren haben die höchst anspruchsvollen Prozessbedingungen in vielen Bereichen dazu geführt, dass ganz neue Anforderungen an alle Schlüsselbauteile gestellt werden. Letztere sollen nun u. a. schneller auf die wechselnden Prozessbindungen reagieren können. Durch die neuen Auflagen stieg folglich auch der Bedarf an schnell ansprechenden Stellantrieben. In extremen Anwendungen muss ein Stellantrieb gewährleisten, dass auch bei einem hohen Ventilgewicht von über 1 t der Ventilweg nur 1 m/s beträgt. Dabei muss der Stellantrieb dem hohen Druck, der im Ventilinneren herrscht, widerstehen können. Darüber hinaus sollte auch in Analgen mit einem elastischen Medium wie Druckluft die Steuerung so präzise ausfallen, dass ohne weitere Nachjustierung Genauigkeiten von 1 mm erreicht werden können. Somit kann man die Auswahl des für die jeweilige Anwendung am besten geeigneten Stellantriebs keineswegs dem Zufall überlassen. Genau und schnell Die Geschwindigkeit eines Stellantriebs sollte im Leerlauf gemessen werden, da es zu einer ungeregelten Reduzierung der Geschwindigkeit kommt, sobald die Anlage durchströmt wird. Die Abnahme der da­ 28 antriebstechnik 8/2016

ELEKTROMOTOREN mit erreichten Geschwindigkeit errechnet sich aus der aufgewendeten Kraft und der Ausgangsgeschwindigkeit. Für die Konstruktion schnell ansprechender Stellantriebe wurden in den vergangenen Jahren einige neue Technologien entwickelt. Dazu zählen elektronisch-digitale Positionsanzeigen und integrierte Volumenstromverstärker. Durch den Volumen strom verstärker werden ein hoher Volumenstrom und ein sicherer Ver schluss des Stellantriebs gewährleistet. Dadurch erübrigt sich eine große Dimensionierung der Ventile, es werden also nur noch kleine Pilot ventile benötigt. Aufgrund der genauen Volumenstrom steuerung kann in den meisten Anwendungen sowohl auf Druckbooster als auch auf Schnell ent lüftungsventile verzichtet werden. Das Besondere an den neuen schnell ansprechenden Stellantrieben ist, dass sie nicht nur genau, sondern auch reaktionsschnell sind. Ein Stellantrieb, der zwar schnell anspricht, aber nur ungenau arbeitet, ist nicht nur nutzlos, sondern unter Umständen sogar gefährlich. Demgegenüber genügt ein Stellantrieb, der zwar genau arbeitet, aber nicht schnell anspricht, nicht den Anforderungen hoch anspruchsvoller Anwendungen. gerecht werden. In einigen Anwendungen erweist sich ein einfacher Stell antrieb mit ungeregelter Stellbewegung als voll funktionsfähig. In anderen Anwendungen muss ein Ventil zuverlässig in weniger als 2 s (bei einer Stellkraft von 127,093 N bei einem Druck von 4,5 bar) geöffnet werden können. Am anspruchsvollsten sind üblicherweise Anwendungen mit Flüssigerdgas. Bei der Herstellung der Stellantriebe und seiner Zubehörteile richtet sich die Auswahl der Werkstoffe nach der Art der Anwendung, den Prozessbedingungen, der Einsatztemperatur und der Beschaffenheit des Mediums. Zu den neuesten Konstruk tionen zählen Stellantriebe mit Vierteldrehung für die Steuerung von Drehventilen wie Kugelund Schmetterlingsventilen. Die Nachfrage nach diesen Konstruktionen, die eigens für anspruchsvolle Anwendungen entwickelt wurden, steigt ständig. Hintergrund für viele Neuentwicklungen sind strengere Sicherheitsbestimmungen, vor allem die Sicherheitsanforderungsstufen oder Sicherheits-Integritäts level (SIL). Diese verlangen genauere Regelalgorithmen der Positionsanzeigen, eine umfassendere Diagnosefunktion sowie in jüngster Zeit auch eine direkte Übermittlung aller wichtigen Betriebsdaten an den Regelraum. Foto: Aufmacher Fotolia www.imi-critical.com 01 Großer Antriebsaktuator CMV-2 DN 200 Hub 300 mm komplett mit Fastrak-Positionierer, ZylinderSC und Positionsgeber 2030 02 Scotch-Yoke-pneumatischer Antrieb RTQ DN 385 mit Handbetätigung, Bedienfeld und Magnetventil aus Edelstahl Anforderungen steigen Schnell ansprechende Stellantriebe gibt es in verschiedenen Ausführungen, die den unterschiedlichsten Anforderungen antriebstechnik 8/2016 29

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