Proportional geregelt

Vorteile elektropneumatischer Druckregler

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11.12.2017 Zwar wird die Regelungstechnik moderner Anlagen durch den Einsatz elektronischer Antriebs- und Steuerungstechnik bestimmt, jedoch gibt es Einsatzbereiche, in denen pneumatisch gesteuerte Ventile gleich mehrere Vorteile ausspielen. Das zeigt das Fallbeispiel eines Herstellers von Klebstoffen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Während manuelle Bedienung unterschiedliche Einstellungen je nach Anwender ermöglicht, sind Prozessparameter bei Proportionalventilen mit pneumatischer Steuerung vom Programm vorgegeben.
  • Im Gegensatz zu einem manuellen Druckregler kompensiert ein elektronischer Druckregler Unregelmäßigkeiten und hält den Ausgangsdruck verbrauchsunabhängig konstant.
  • Mittels SPS lassen sich mehreren Proportionaldruckreglern einer Linie unterschiedliche Werte zuweisen, um produktspezifische Einstellungen komfortabel durchzuführen.

Bild: ronstik – Fotolia

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Die Genauigkeit und die exakte Reproduzierbarkeit der Sollwerte pneumatischer Regelsysteme spielen in einer Vielzahl verfahrenstechnischer Anwendungen eine entscheidende Rolle, zum Beispiel bei Positionier- und Prüfvorgängen oder im Maschinen- und Anlagenbau. Zwar wird die Regelungstechnik moderner Anlagen durch den Einsatz elektronischer Antriebs- und Steuerungstechnik bestimmt, jedoch gibt es Einsatzbereiche, in denen pneumatisch gesteuerte Ventile gleich mehrere Vorteile ausspielen.

Die manuelle Eingabe von Parametern ist bedienerabhängig und lässt somit Variablen innerhalb einer Produktion zu – durch die Einstellungen unterschiedlicher Anwender zu verschiedenen Produktionszeiten. Im Vergleich dazu sind die Werte bei der pneumatischen Steuerung der Proportionalventile vom Programm vorgegeben. Die Sollwerte sind somit durch SPS oder PC-Steuerung reproduzierbar. Ein konkretes Applikationsbeispiel zur Illustration ist das Zusammenpressen von Folien bei der Herstellung von Klebefolien: Gibt Schichtführer A manuell einen Pressdruck von

3 bar vor, während Schichtführer B 3,5 bar innerhalb seiner Produktionszeit bevorzugt, führt dies zu Qualitäts- und Eigenschaftsunterschieden beim Endprodukt. Die Qualitätskontrolle möchte genau diesen „Schichteffekt“ vermeiden, denn bestmögliche, gleichbleibende Qualität ist es, was Unternehmen für ihre Produkte anstreben.

Genau, aber flexibel

Mit einem fest geregelten, konstanten Pressdruck ist dies gegeben. Der geschlossene Regelkreis sorgt für eine hohe Genauigkeit: Im Gegensatz zum manuellen Druckregler, der zwar ebenfalls ausregelt, aber kaum auf Störgrößen eingehen kann, kompensiert ein elektronischer Druckregler Unregelmäßigkeiten vollständig – es gibt keinen Unterschied zwischen statischer Applikation ohne Durchfluss und dynamischer mit Durchfluss, die zwangsläufig zu einem Druckeinbruch im Ausgang führt. Ein elektronischer Druckregler hält den Ausgangsdruck verbrauchsunabhängig immer konstant.

Neben der Reproduzierbarkeit spielt auch Flexibilität eine große Rolle. Bei einer Maschine, die unterschiedliche Produkte mit entsprechenden Einstellungen bearbeitet, sind mehrere Druckregler manuell auf das jeweilige Erzeugnis einzustellen – ein Zeitfaktor, der darüber hinaus natürlich Spielraum für Einstellungsfehler und weitere Fehlerquellen birgt. Mit der übergelagerten SPS lassen sich den Produkten Einstellungen zuweisen, die

automatisch von den Proportionaldruckreglern umgesetzt werden. Die entsprechenden Druckwerte werden ohne manuelles Justieren erreicht. Auch für die Qualitätssicherung oder zur Optimierung bringt das System entscheidende Vorteile. So lassen sich die Einstellungsdaten speichern, beliebig abrufen und vergleichen. Abweichungen einer Serie sind bei Bedarf auch Wochen später abrufbar und die genutzten Werte der Produktion mit den Sollwerten vergleichbar.

Neben der schnellen Ansteuerung und Regelung verschiedener Druckregler ohne Kraftaufwand ist die Kontrolle per SPS bei Testläufen und Prüfvorgängen äußerst komfortabel. Ein Prüfling, der mit diversen Drücken läuft, kann über ein Potenziometer oder mit dem Festlegen verschiedener Druckeinstellungen per Knopfdruck Testläufen unterzogen werden, ohne dass eine umständliche Verstellung per Hand durchzuführen ist.

Von Formteilen bis Bierschaum

Die Firma Aircom Pneumatic hat sich auf die Aufbereitung von Druckluft sowie Druckregelung und Volumenstromregelung für gasförmige und flüssige Medien spezialisiert. Im Gegensatz zu manuellen Druckreglern können die Druckregler des Unternehmens Vakuum, Relativdruck sowie Absolutdruck regeln. Diese Eigenschaft ist maßgeblich zum Erzielen gleichbleibender Produktqualität wichtig, insbesondere für Anwendungen, die nicht zum Umgebungsdruck geregelt werden sollen, wie beispielsweise entsprechende Prüfvorgänge, bei denen der Fokus auf dem absoluten Nullpunkt liegt. Hersteller von kohlensäurehaltigen Getränken, zum Beispiel Bier, können die Eigenschaften des Getränks in verschiedenen Höhenlagen, also die Druckunterschiede, simulieren. Resultat mit Hilfe

der gewonnenen Erkenntnisse ist ein optimales Druckverhältnis beim Abfüllen, welches dem Konsumenten in den Alpen die gleiche stabile Schaumkrone liefert wie demjenigen, der sein kühles Bier an der Nordsee genießt. Beim Zusammenkleben von Formteilen in der Industrie lassen sich dank steuerbarem und variablem Druck durch die genaue Dosierung des Klebemittels Kosten reduzieren. Die genaue Drucksteuerung verhindert ein „Nachlaufen“ des Klebers, das etwa beim Richtungswechsel des Dosierkopfes, der den Klebstoff appliziert, entsteht.
Weitere spezielle Einsatzmöglichkeiten ergeben sich durch die überlagerte Rückführung, beispielsweise bei Nietmaschinen für Flugzeugteile. Dort wird nicht der wirkliche Luftdruck gemessen, sondern die Kraft der Nietung mithilfe einer Kraftmessdose. Das Proportionalventil hat bei diesem Vorgang einen internen Messumformer, der mit einem zweiten Messwertaufnehmer (Kraftmessdose oder Drucksensor) gekoppelt ist. Der externe Sensor vergleicht hier den Soll-Ist-Wert, der interne Sensor stellt die Regeldifferenz fest.

Usability im Fokus

„Wir setzen auf hohe Flexibilität, sowohl was unsere Produkte angeht als auch unsere individuelle Art, spezifische Lösungen anzubieten“, berichtet Norbert Stein, Produktmanager bei Aircom Pneumatic. „Der kleinste Regelbereich, den wir liefern, liegt bei 0 bis 10 mbar. Einer unserer Kunden, ein Feuerwehrausrüster, hat Prüfgeräte mit einem Regelbereich von 0 bis -10 mbar, das sind wirklich Exoten. Wir sind also in der Lage, jeden Druckregelbereich abzudecken.“ Er fügt hinzu: „Sonderlösungen sparen Zeit beim Einrichten und Umstellen während der Produktion oder bei Prüfvorgängen. Darüber hinaus wird der Materialverbrauch reduziert, was die Wirtschaftlichkeit erhöht.“ Bei der Vielzahl von Anwendungen und Proportionalventilen steht laut Herrn Stein auch die beratende Tätigkeit im Vordergrund. Techniker und Ingenieure kümmern sich um die jeweilige Aufgabenstellung und finden, gemeinsam mit dem Kunden, die optimal abgestimmte Lösung. Zur Verbesserung der Nutzerfreundlichkeit hat der Hersteller die Bedienoberfläche seiner Druckregler weiterentwickelt. Denn neben der klassischen Ansteuerung aus den normalen Einsatzbereichen 0 bis 10 V, 4 bis 20 mA oder Profibus gibt es immer mehr Anwendungen, wie beispielsweise Laboranwendungen, in denen eine PC-Ansteuerung gewünscht ist. Zum Teil auch deshalb, weil keine SPS vorhanden ist. Die neuesten Ventile sind daher mit einer Ethernet- oder Modbus-Schnittstelle (auf Master/Slave- bzw. Client/Server-Architektur basierendes Kommunikationsprotokoll) ausgestattet, die über RS232 oder USB das Ansteuern vom PC aus zulassen.

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Heftausgabe: Dezember 2017

Über den Autor

Christopher Alexi, RSB Design
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