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Mikroelektronik bei Stellantrieben

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13.06.2017 Auch bei Stellantrieben ersetzen Hersteller die klassische Mechanik mehr und mehr durch elektronische Lösungen. Denn diese erleichtern den Betriebsalltag nicht nur, sondern verbessern auch die Funktions- und damit Anlagensicherheit.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Elektronik schlägt Mechanik: Der Hersteller rüstet seine Stellantriebe mit einer auf dem Hall-Effekt basierenden Sensorik aus. Hierdurch arbeiten die Geräte nicht nur genauer als ihre mechanischen Gegenstücke, sondern auch verschleißfrei.
  • In der Folge steigt bei Anwendern nicht nur die Prozesssicherheit. Auch ermöglich die Technologie eine reduzierte Typenvielfalt.

Die elektronischen Stellantriebe ermöglichen eine reduzierte Typenvielfalt. Bilder: Aris Stellantriebe

Die elektronischen Stellantriebe ermöglichen eine reduzierte
Typenvielfalt. Bilder: Aris Stellantriebe

Berührungslos und damit praktisch verschleißfrei arbeiten die Stellantriebe mit konstanter Präzision. Bilder: Aris Stellantriebe

Berührungslos und damit praktisch verschleißfrei arbeiten die Stellantriebe mit konstanter Präzision. Bilder: Aris Stellantriebe

Knapper werdende Ressourcen, steigende Betriebskosten sowie Verschleiß sind Konstanten, die kontinuierliche Optimierungen erfordern. Weshalb für Anlagen- und Maschinenbetreiber die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit ein beständiger Faktor ist. Dabei können moderne, elektronische Antriebssysteme aufgrund präziserer Regelgenauigkeit des Gesamtantriebes und höherer Lebensdauer gegenüber klassischen Stellantrieben deutliche Vorteile ausspielen. Die Firma Aris Stellantriebe hat vor diesem Hintergrund mit der Baureihe Tensor Stellantriebe entwickelt, bei denen eine verschleißfreie, berührungslose Positionserfassung das komplette mechanische Abschaltsystem ersetzt.

4.096 Schritte zur Präzision

Die auf dem „Hall-Effekt“ basierende Sensortechnik ist robust,  hat einen weiten Temperaturbereich und dadurch eine hohe Zuverlässigkeit – wichtige Attribute für den Einsatz in der Prozesstechnik. Im Stellantrieb wird auf der Abtriebswelle ein Magnet montiert, der sich unter einer Elektronikplatine dreht. Sie ist das Herzstück des Stellantriebs und besitzt exakt über dem Magneten eine Sensoreinheit als integrierte Schaltung mit mehreren Hall-Sensoren und einer Auswerteelektronik. Damit ist es möglich, die Position des Magneten präzise und ohne mechanische Verbindung berührungslos zu erfassen und steht anschließend als absolutes Positionssignal mit 12-Bit-Auflösung zur Verfügung. 12 Bit sind 4.096 Schritte und bedeuten bei 360° eine Systemauflösung von 0,1°. Dies liegt weit über der möglichen Auflösung mechanischer Sensorik.

Die Auswertung der Winkelstellung des Magneten stellt dabei sicher, dass das System auch nach einem Spannungsausfall, nach einem Verstellen des Antriebs im spannungslosen Zustand oder einer Handbetätigung die richtige Position eindeutig erkennt. Selbstverständlich sind mit dieser Lösung auch Multiturn-Anwendungen problemlos zu realisieren. Gerade hier erreicht das System eine hohe Auflösung, die unabhängig vom Stellbereich konstant bleibt. Das Justieren der Endlagen geschieht ebenfalls schnell und unkompliziert per Programmierung über Taster.

Kein Verschleiß – kein Stillstand

Mussten Anwender zuvor für verschiedene Stellwege entsprechend viele Stellantriebe mit unterschiedlich untersetztem Abschaltsystem nutzen, deckt das elektronische Regelsystem alle Regelmöglichkeiten mit einer Variante ab. Mit der berührungslosen Positionserfassung arbeitet das System praktisch verschleißfrei und ermöglicht so eine konstante Präzision über die gesamte Lebensdauer. Da der Stellantrieb bereits über eine Elektronik mit Mikrocontroller verfügt, lassen sich Optionen wie Diagnose-, Programmier- und Feldbus-Schnittstellen oder Regelfunktionen wesentlich einfacher und preisgünstiger realisieren. Und mit der elektronischen Abbildung vieler bisher mechanischer Funktionen ergeben sich Steigerungen der Leistung und Performance bei gleichzeitiger Kostenersparnis sowie einer reduzierten Typenvielfalt.

Das ermöglicht es, mit der Baureihe  eine deutlich gesteigerte Sicherheit, höhere Genauigkeit und einfachere Bedienung zu erreichen, wobei die bekannte Preisstruktur trotz aufwendiger Elektronik erhalten bleibt. Konkretes Fallbeispiel für die Effektivität des Stell­antriebs ist die Anwendung eines Kunden – eines Dosierpumpen-Herstellers – welcher in der Vergangenheit zwölf verschiedene Antriebsvarianten nutzte, um Pumpen mit unterschiedlichen Verstellwegen bei 110 und 230 V zu automatisieren. Heute nutzt der Pumpenbauer den Stellantrieb (geeignet für 96 bis 256 V), der völlig frei im Stellweg ist und für jede dieser zwölf Varianten entsprechend programmiert wird. Auf diese Weise konnte das Unternehmen gleich mehrere Antriebe ersetzen und die unterschiedlichen Anforderungen seitdem mit einer einzigen Variante umsetzen.

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Heftausgabe: Juni 2017

Über den Autor

Christopher Alexi, freier Journalist für Aris Stellantriebe
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