Synergieeffekte

Lösungen für Regelventile

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18.09.2008 Die große Vielfalt der Einsatzbereiche und Anforderungen an Regelventile erfordert ein breites und tiefes Fachwissen bei der Ventilauswahl. Werden Kenntnisse und Know-how aus unterschiedlichen Bereichen unter einem Dach gebündelt, so kann das für den Anwender sowohl technologische als auch wirtschaftliche Vorteile bedeuten. Denn die technisch optimale Lösung ist nicht immer die wirtschaftlichste.

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Entscheider-Facts Für Anwender



  • Unterschiedliche technische Anforderungen verschiedener Applikationen erfordern weitreichende Kenntnisse aller verfügbaren Ventiltypen.
  • Verwendung von Ventil-Baukasten-Systemen in Verbindung mit flexiblen Antriebslösungen führt zu kosteneffektiven Lösungen.
  • Die Bündelung von Kow-how und Komponenten der Kraftwerks-, Industrie- und Standard-Regelarmaturen unter einem Dach führt zu technologisch optimierten Lösungen und gleichzeitig zu Kosteneinsparungen für Anwender.

Regelventile sind in Prozesskreisläufen die am häufigsten eingesetzten aktiven Stellgerät. Sie beeinflussen entweder gezielt den Prozess, indem sie das am Prozess beteiligte Medium regeln oder indirekt, indem sie zum Beispiel bei der Regelung in Temperatur-Kreisläufen eingesetzt werden. Je nach Anwendung, kommen Standard-Regelventile, leichte Industrie-Regelventile oder schwere Industrie- und Kraftwerksarmaturen zum Einsatz.

Standard- und „Leichte“ Regelventile

Standard-Regelventile sind optimiert, Flüssigkeiten in Temperaturkreisläufen zu regeln. Sie werden eingesetzt bei Fluid-Temperaturen von ­10 bis 150°C bei Nenndruckstufen bis zu PN16. Die Regelventile der Baureihen BR216GF und BR216RA wurden konsequent nach dem Prinzip eines kostenoptimierten Baukastensystems entwickelt. Ein Microprozessor steuert die Motor-Hubantriebe der Serie MC, bei denen sich alle wichtigen Parameter vor Ort ohne Laptop einstellen lassen und die sich serienmäßig für eine einfache Dreipunkt-Ansteuerung wie auch für stetige Signale (0)4..20mA sowie (0)2..10V eignen.

„Leichte“ Industrie-Regelventile sind die in Industrie und Anlagenbau am häufigsten eingesetzten Ausführungen. Die Ventile aus den unterschiedlichsten Werkstoffen sind verfügbar bis Nennweite DN600. Zu dieser Kategorie gehören beispielsweise die Baureihen BR240E und BR340E aus Edelstahl. Die hier üblicherweise eingesetzten Druckstufen sind PN16 bis PN40, im Anlagenbau kommen häufig auch PN63 bis PN100 zum Einsatz.
Als Antriebe kommen bei dieser Gruppe von Ventilen je nach Anforderung an Stellgeschwindigkeit, Schießdruck, Sicherheitsfunktionen sowie abhängig von der zur Verfügung stehenden Energiequelle unterschiedliche Konzepte zum Einsatz. Die bekanntesten sind elektrische Motorantriebe, pneumatische Membranantriebe oder auch hydraulische Kolbenantriebe. Diese Regelventile eignen sich für die meisten Einsatzbereiche und sind für die direkte wie auch indirekte Prozessregelung anwendbar.

„Schwere“ Industrie- und Kraftwerksarmaturen

Kraftwerksarmaturen sind die am höchsten beanspruchten Regelventile. Sie werden eingesetzt bei Betriebsdrücken von über 400bar und Temperaturen von über 700°C. Diese extrem hohen Anforderungen der Kraftwerkstechnologie der Zukunft erfordern neben hohen Investitionen in Forschung und Entwicklung viel Erfahrung und können weltweit nur von sehr wenigen Ventilherstellern erfüllt werden.

Gefahr des „Overengineering“

Die Vielzahl der technischen Möglichkeiten bei der Auswahl und Auslegung von Regelarmaturen verleitet häufig dazu, die technisch bestmögliche Lösung einzusetzen. Dabei besteht oft die Gefahr des „Overengineering“. Hierbei wird sowohl von der Seite des wenig erfahrenen Anwenders als auch des für die Auslegung des Ventils zuständigen Ingenieurs mit zum Teil zu vielen und zu hohen „Sicherheits-Faktoren“ gearbeitet. Das Ergebnis sind Regelarmaturen, welche die technisch „sicherste“ Lösung darstellen, jedoch mit Sicht auf Regelqualität und die zu erwartende Standzeit der Anlage die Gesamtkosten in die Höhe treiben.

Temperaturregelung in Reaktoren

Sind Regelventile für die Temperaturregelung innerhalb von doppelwandigen Reaktoren verantwortlich, so sind auch schnelle Reaktionszeiten der Antriebe auf die entsprechenden Stellsignale des Regelkreises notwendig. Die Temperatur in der Zwischenwand des Reaktors hat unmittelbare Auswirkungen auf die chemischen Prozesse im Inneren und muss daher in möglichst kurzer Zeit oder in einer genau definierten Charakteristik die notwendige Sollgröße erreichen. In diesem Fall regelt das Ventil den Volumenstrom des durch den Reaktor fließenden Temperaturträgers.

Wegen der geforderten Stellgeschwindigkeit kommen in diesem Fall Regelventile mit pneumatischen Membranantrieben zum Einsatz. Die Sollposition des Regelkegels wird durch elektropneumatische Stellungsregler geregelt. Magnetfeldsensoren signalisieren zudem das Erreichen definierter Positionen des Regelkegels. Um eine Absperrfunktion und gleichzeitig eine sehr lange Standzeit der Innengarnitur des Ventils zu gewährleisten können die Kegel-Ventilsitz-Dichtflächen anstelle von Weichdichtungen aus Edelstahl ausgeführt werden. Bei hohen technischen Ansprüchen an die Schließfunktion des Ventils kann eine metallische Dichtung mit einer niedrigen Leckrate von 0,0005% des kvs-Werts eingesetzt werden. Werden die Reaktoren in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt, werden alle notwendigen Komponenten explosionsgeschützt ausgeführt. PA-N–Membranantriebe lassen sich zudem optional in Umgebungen nach DIN EN ISO 12944 in der Korrosionsschutzkategorie C4, Schutzdauer M, einsetzen.

Temperaturregelung im Fertigungsprozess und in der Klimatisierung

Die Herstellung von Siliziumwafern stellt hohe Anforderungen sowohl an die Regelung der Temperatur im Fertigungsprozess als auch innerhalb der Fertigungsgebäude und Labore. Abhängig von den technischen Vorgaben für diese beiden Einsatzbereiche werden Regelventile eingesetzt, die alle technischen Anforderungen erfüllen und gleichzeitig durch den Einsatz von Standardkomponenten Kosten einsparen.

Bis zu Ventilnennweiten DN150 ist in diesem Fall die Entscheidung gefallen für Regelventile der Standardbaureihe BR216GF und BR216RA, welche für die kostenoptimierte Regelung von Flüssigkeiten entwickelt wurden. Die flexible Microcontroller-Steuerung der MC-Hubantriebe ließ sich schnell und kostengünstig an die spezifischen Anforderungen der vorhandenen Steuerungen anpassen.

Temperaturregelung unter extremen Bedingungen

Um Fahrzeuge auch für den Einsatz unter klimatisch extremen Bedingungen zu testen, werden in Hallen Umgebungstemperaturen weit unterhalb des Gefrierpunktes erzeugt – bis zu ­50°C. Bei diesen Temperaturen können Stopfbuchsringe oder auch Dichtringe aus Grafit vereisen, so dass sich deren ursprünglichen Abmessungen verändern. In diesen Fällen werden Isolierteile oder verlängerte Oberteile zur Distanzierung der Dichtung vom kalten Medium eingesetzt. Reicht das nicht aus, um ein Vereisen der Dichtung bzw. Spindel sicher zu verhindern, ist eine zusätzliche Heizung notwendig. Der Einsatz von Grafitringen kann durch zu starkes Anziehen der Dichtungspackung zu sehr hohen Reibkräften führen. Im schlimmsten Fall reicht dann die Stellkraft des ausgewählten Hubantriebs für den erforderlichen Schließdruck nicht mehr aus. Im Vergleich hierzu haben Weichdichtungen den Vorteil einer genau definierten und kalkulierbaren Flächenpressung. In diesem Fall konnte durch Spezial-Dichtungen mit geregelten Spindelheizelementen auf die sonst notwendigen verlängerten Oberteile verzichtet werden.

Die technologische Kompetenz und Synergien wie auch der Austausch zwischen Hersteller und Anwender kann so zur wirtschaftlichsten Lösung führen.

Heftausgabe: September 2008
Marius Mlynski,

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Marius Mlynski,

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