Proportionalventile regeln Druck bei Positionier- und Prüfvorgängen

Bei der Regelungstechnik in modernen Anlagen spielt die elektronische Antriebs- und Steuerungstechnik eine wichtige Rolle. Aber es gibt auch vielfältige Einsatzbereiche, in denen die Pneumatik ihre Vorteile ausspielen kann, so zum Beispiel bei Positionier- und Prüfvorgängen. Hierfür stehen Proportionalventile zur Verfügung. Sie arbeiten mit hoher Genauigkeit. In der Verfahrenstechnik sind pneumatische Regelsysteme seit langem gebräuchlich. Im Maschinen- und Anlagenbau gibt es ebenfalls viele Anwendungen von solchen Systemen. Aircom Pneumatic bietet in ihrem breiten Programm an pneumatischen Regelgeräten viele Komponenten für solche Anwendungen. Diese sollen hier anhand einiger Anwendungsbeispiele näher erläutert werden. Vor allem Proportionaldruckregler kommen häufig zur Anwendung. Das sind Regelgeräte, die den Druck in der Druckluftzufuhr analog zu einem elektrischen Eingangssignal regeln. Hier stehen die klassischen Eingangsbereiche 0 bis 10 V, 4 bis 20 mA, aber auch Ansteuerung über Interbus oder Profibus, zur Verfügung. Ein interner Drucksensor misst ständig den Ausgangsdruck und gleicht ihn mit dem Eingangssignal ab. Weicht das Eingangs- vom Rückmeldesignal ab, wird intern über zwei Magnetventile oder einen Proportionalmagneten der Ausgangsdruck erhöht oder verringert, bis der gewünschte Ausgangsdruck wieder erreicht ist. Das System arbeitet als geschlossener Regelkreis. Besonders vorteilhaft ist die variable Gestaltung der Ausgangsdruckbereiche, beispielsweise von -100 bis +100 mbar oder 5 bis 50 bar, alle denkbaren Varianten im Vakuum und Überdruckbereich sind zu realisieren. Pneumatik in der speziellen Anwendung Mit der Anwendung im klassischen Druckluftbereich sind allerdings noch lange nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft, die von den modernen Systemen erreicht werden können. Mit den ständig wachsenden Anforderungen aus allen Industriebereichen ist die Leistungsfähigkeit der von Aircom entwickelten Systeme kontinuierlich mitgewachsen. Für die Anwendung im Lebensmittel- oder Pharmabereich werden spezielle, besonders reine technische Gase eingesetzt. Hier müssen besondere Vorgaben erfüllt werden. Die medienberührten Werkstoffe der Proportionaldruckregler müssen aus Edelstahl gefertigt sein. Als Elastomere für die Dichtungen dürfen nur FDA zugelassene Materialien verwendet werden. Beim Einsatz für Brenn- und Schneidanlagen ist die Verträglichkeit mit Sauerstoff unabdinglich. Beim Einsatz von Sauerstoff sollten die medienberührten Teile öl- und fettfrei sein. Aufgrund der notwendigen dynamischen Abdichtung ist dies nicht möglich. Hier kommen dann spezielle, von der BAM geprüfte und für Sauerstoff zugelassene Gleitmittel zum Einsatz. So stehen zum Beispiel für die Anwendung von Helium oder Wasserstoff spezielle Dichtungen zur Verfügung, die optimale Betriebsergebnisse erzielen. Weitere mögliche Betriebseinschränkungen sind durch Umgebungseinflüsse, wie in explo- sionsgefährlicher Atmosphäre, gegeben. Hierzu sind verschiedene Modelle in unterschiedlichen Druckbereichen für den Einsatz in Ex G- und Ex D-Bereichen verfügbar.       Gleichmäßiger Bahnzug und Dichtigkeit Zu den Einsatzbereichen dieser Geräte gehört die Ansteuerung von Abrollbremsen, bei denen ein gleichmäßiger Bahnzug sichergestellt werden muss. Ein Ultraschallsensor misst den aktuellen Durchmesser des Wickels und gibt entsprechend ein Signal an das Proportionalventil. Dieses gibt seinen Ausgangsdruck an die Bremse. So wird abhängig vom Wickeldurchmesser immer der gleiche Bahnzug erzeugt. Besonderer Vorteil dieses Systems ist, dass vor dem Starten des Aufwickelmotors der richtige Bremsdruck eingestellt ist. So lassen sich bei empfindlichen Materialien Bahnrisse vermeiden. Alle Kunststoffgebinde, von der Shampooflasche bis zum Benzintank für Autos, müssen auf Dichtigkeit geprüft werden. Bei ständig wechselnden Flaschengrößen muss hier ein definiertes Druckvolumen eingefüllt werden. Proportionalventile mit einer Genauigkeit von 0,2 % leisten hier ihren Dienst. Ohne Probleme folgen Sie den hohen Takt- raten modernster Blasanlagen. Proportionalregler mit 2. Rückführung Bei manchen Regelsystemen können unvorhersehbare Störgrößen auftreten. Bei solchen Applikationen ist es erforderlich, dass die Regelung über den Tellerrand des kleinen Regelkreises hinaus schauen muss. Hier bietet die Proportionaltechnik integrierte Lösungen. Mit dieser können komplexe Regelfunktionen einfach realisiert werden. Diese Funktion erweitert die möglichen Einsatzvarianten um ein Vielfaches. Die Rede ist von Proportionalventilen mit überlagerter 2. Rückführung oder „second loop“. Diese Proportionaldruckregler arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie die vorher beschriebenen. Es kommt aber mit dem zweiten Istwerteingang eine zusätzliche Funktion zum Einsatz. Zusätzlich zum internen Signal wird der zweite Sensor eingelesen. Die Eingangssignale werden im Verhältnis 10 zu 90 % verarbeitet und als Ausgangsdruck ausgegeben. Der Vorteil dieser 2. Rückführung ist, dass nicht nur ein zusätzlicher Drucksensor eingelesen werden kann, sondern auch Temperatursensoren, Spannungssensoren oder wie im nachfolgenden Beispiel eine Zugmessdose. Eine häufige Anwendung ist bei dieser Art von Geräten die Kombination mit einem Volumenstrom-Booster oder pilotgesteuertem Druckregler. Hierbei kommt dieser Proportionaldruckregler als Pilotregler zum Einsatz. Bei Standard-Volumenstrombooster- Systemen kommt es immer zu einem Absinken des Ausgangsdruckes, wenn zwischen statischen und dynamischem Betriebszustand gewechselt wird. Dies führt besonders bei niedrigen Betriebsdrücken zu unerwünschten Effekten. Durch die Erfassung des Istwertes mit einem Druckmessumformer, am Ausgang des Volumenstrombooster und die Rückmeldung dieses Wertes an das Proportionalventil, wird in diesem Fall der Pilotdruck erhöht. Dadurch wird das Schwanken des Ausgangsdrucks während unterschiedlicher Betriebszustände vollständig kompensiert. Des Weiteren bieten solche Systeme auch den Einsatz von elektronischen Reglern in Bereichen mit hohen Temperaturen. Es werden Volumenstrombooster wie auch Druckmessumformer für Medientemperaturen bis 130 °C angeboten. Das Proportionalventil kann dann mit etwas Abstand im Schaltschrank montiert werden. Kompensation von verschiedenen Gewichten bei Balancern Bei bekannten Gewichten wird ein Sollwert über das Proportionalventil auf den Zylinder gegeben, hierdurch werden tonnenschwere Lasten kompensiert und leicht handhabbar. Ein Kraftmessumformer, der immer das aktuelle Gewicht erfasst, wird als 2. Rückführung verwendet. Sollte das aktuelle Gewicht vom Sollwert abweichen, wird über die 2. Rückführung die Gewichtsdifferenz kompensiert.