Leitfaden zur Auswahl von pneumatischen Stellventilen
Bei der Auswahl eines pneumatischen Stellantriebs für ein Ventil geht es nicht nur darum, den Stellantrieb an die Nennweite des Ventils anzupassen. Eine zuverlässige automatisierte Ventilbaugruppe hängt vom Zusammenspiel zwischen Ventildrehmoment, Stellantriebsleistung, Versorgungsdruck, Anforderungen an die Ausfallsicherheit, Prozessdruck, Betriebstemperatur, Regelungszubehör und der tatsächlichen Betriebsweise des Systems ab.
Zwei pneumatisch betätigte Ventile mit derselben Nennweite können sehr unterschiedliche Antriebsgrößen erfordern. Ein Kugelhahn mit Weichdichtung, der sauberes Wasser bei mäßigem Druck fördert, stellt nicht dieselben Anforderungen an das Drehmoment wie ein großer, auf einem Drehzapfen montierter Kugelhahn, der unter hohem Differenzdruck betrieben wird. Ebenso gelten für ein Ventil, das ausschließlich zur Absperrung (Öffnen/Schließen) dient, andere Steuerungsanforderungen als für einen V-Port-Kugelhahn, der zur kontinuierlichen Durchflussregelung eingesetzt wird.
Bei der Wasseraufbereitung, bei Pumpensystemen, in der Öl- und Gasindustrie, in der chemischen Verarbeitung sowie bei industriellen Rohrleitungen sollte die Auswahl der Antriebe daher zunächst von den Prozessbedingungen und der Ventilmechanik ausgehen. Erst nachdem diese festgelegt sind, sollten der pneumatische Antrieb, das Magnetventil, der Stellungsregler, der Endschalter und die Fail-Safe-Konfiguration endgültig festgelegt werden.
Ein pneumatisches Stellventil sollte als komplette Baugruppe aus Ventil und Stellantrieb ausgewählt werden. Das Drehmoment des Ventils und das Drehmoment des Stellantriebs müssen bei dem niedrigsten verfügbaren Luftdruck und unter den anspruchsvollsten Betriebsbedingungen bewertet werden.
Wo sollte die Auswahl eines Ventils mit pneumatischem Antrieb beginnen?
Bei der Auswahl eines pneumatischen Stellantriebs für ein Ventil sollte man vom Prozess ausgehen und nicht vom Stellantrieb-Katalog. Der erste Schritt besteht darin, zu definieren, welche Funktion das Ventil erfüllen muss, welches Medium durch das Ventil fließt und welche mechanische Belastung durch den Prozess entsteht.
Ingenieure sollten den normalen Betriebsdruck, den maximalen Differenzdruck, die Mindest- und Höchsttemperatur, die Ventilgröße, den Rohranschluss und die erforderliche Absperrleistung festlegen. Das Medium sollte zudem hinsichtlich Korrosion, Feststoffanteilen, Viskosität und der Möglichkeit der Bildung von Ablagerungen um das Schließelement herum bewertet werden.
Sobald der Ventilkörper und der interne Aufbau festgelegt sind, lassen sich das erforderliche Betätigungsdrehmoment bzw. der erforderliche Schub bestimmen. Anschließend wird der pneumatische Antrieb so ausgewählt, dass er bei dem tatsächlich am Einbauort verfügbaren Mindestluftdruck eine ausreichende Leistung erbringt.
Als Nächstes folgt die Regelungsphilosophie. Das System kann einen einfachen Ein-Aus-Betrieb, eine federrückstellende Notbetätigung, eine proportionale Positionierung oder eine Rückmeldung an eine SPS oder ein DCS erfordern.

Legen Sie die Ventilfunktion fest, bevor Sie den Antrieb auswählen
Mit derselben pneumatischen Antriebstechnik lassen sich Kugelhähne, Absperrklappen, Kükenhähne und andere Vierteldrehungsarmaturen betätigen, während für Linearventile auch Pneumatikzylinder zum Einsatz kommen können. Die Dimensionierung des Antriebs und die Konfiguration der Steuerung hängen jedoch stark von der jeweiligen Ventilfunktion ab.
Ein Absperrventil verbringt in der Regel den größten Teil seiner Lebensdauer entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Sein Stellantrieb benötigt daher eher ein zuverlässiges Losbrechmoment und eine sichere Endpositionierung als eine kontinuierliche Regelbarkeit.
Ein Regelventil verhält sich anders. Ein pneumatisches Stellventil, das zur Drosselung eingesetzt wird, kann sich hunderte oder tausende Male bewegen und dabei Zwischenpositionen einnehmen. Die Genauigkeit des Stellungsreglers, die Steifigkeit des Stellantriebs, die Hysterese und die dem Ventil eigene Durchflusskennlinie gewinnen an Bedeutung.
Dreiwegeventile stellen eine weitere Anforderung dar, da der Antrieb das Absperrelement möglicherweise zwischen bestimmten Durchflusspositionen bewegen muss, anstatt lediglich einen Durchflussweg zu öffnen oder zu schließen.
Doppeltwirkender vs. federrückstellender pneumatischer Antrieb
Eine der ersten Entscheidungen bei der Auswahl eines Stellantriebs ist, ob für das pneumatische Ventil ein doppeltwirkender Stellantrieb oder ein federrückstellender Stellantrieb verwendet werden soll.
Doppeltwirkender pneumatischer Antrieb
Ein doppeltwirkender Antrieb nutzt Druckluft, um den Antrieb in beide Richtungen zu bewegen. Zum Öffnen und Schließen des Ventils wird die Luft abwechselnd auf die gegenüberliegenden Seiten des Kolbenmechanismus geleitet.
Da beide Hübe pneumatisch angetrieben werden, bieten doppeltwirkende Antriebe eine kompakte Lösung, wenn nach einem Ausfall der Luftversorgung keine automatische Sicherheitsstellung erforderlich ist.
Pneumatischer Antrieb mit Federrückstellung
Ein federbetätigter Antrieb nutzt Druckluft für die Bewegung in eine Richtung und gespeicherte Federenergie für den Rückhub. Wird der Luftdruck abgebaut, drückt die Feder das Ventil in eine vorgegebene Sicherheitsposition.
Diese Anordnung wird häufig verwendet, wenn sich das Ventil nach einem Ausfall der Instrumentenluft oder der Stromversorgung des Magnetventils automatisch in eine „Fail-Open“- oder „Fail-Close“-Position bewegen muss.
| Auswahlkriterium | Doppeltwirkend | Rückkehr des Frühlings |
|---|---|---|
| Anfangskraft | Druckluft | Luft oder Feder, je nach Konfiguration |
| Schließkraft | Druckluft | Feder oder Luft, je nach Konfiguration |
| Ausfallsichere Maßnahme | Erfordert eine zusätzliche Systemstrategie | Kann eine definierte Ausfallposition bereitstellen |
| Größe des Stellantriebs | Oft kompakter bei gleichem Ventildrehmoment | Möglicherweise ist ein größerer Stellantrieb erforderlich, da das Federdrehmoment berücksichtigt werden muss. |
| Typische Aufgabe | Allgemeine Automatisierung und häufige Schaltzyklen | Anwendungen, die eine automatische Sicherheitsrückstellung erfordern |
Fail-Open, Fail-Close oder Fail-in-Place?
Die Wahl der ausfallsicheren Stellung sollte sich nach den Folgen eines Luft- oder Steuerstromausfalls richten. Es gibt keine allgemein gültige Sicherheitsstellung für ein Ventil mit pneumatischem Antrieb.
Ein Brennstoffzufuhrventil muss unter Umständen automatisch schließen. Ein Kühlwasserventil muss unter Umständen offen bleiben. Ein Prozessumleitungsventil muss möglicherweise eine bestimmte Position einnehmen, die sich aus der Rohrleitungsführung und der Prozesssicherheitsanalyse ergibt.
Bei federbetätigten Stellantrieben bestimmen die Ausrichtung des Stellantriebs und die Federkonfiguration, ob sich das Ventil im Ausfallfall in die Offen- oder in die Geschlossenstellung bewegt.
Wenn ein „Fail-in-Place“-Verhalten erforderlich ist, benötigt der Pneumatikkreis möglicherweise zusätzliche Komponenten wie Sperrventile oder Luftspeicher. Der Ventilhersteller und der Konstrukteur des Steuerungssystems sollten sich daher über die erforderliche Ausfallphilosophie einigen, bevor die Dimensionierung des Stellantriebs endgültig festgelegt wird.
Der Luftzufuhrdruck ist ein Konstruktionsparameter
Die Leistung eines pneumatischen Stellantriebs ändert sich direkt mit dem Versorgungsdruck. Ein Stellantrieb, der bei 6 bar ein ausreichendes Drehmoment erzeugt, bietet möglicherweise nicht dieselbe Sicherheitsreserve, wenn der tatsächliche Anlagendruck auf 4 bar sinkt.
Aus diesem Grund muss die Dimensionierung des Stellantriebs auf dem garantierten Mindestluftdruck und nicht auf dem normalen Auslassdruck des Kompressors basieren.
Druckverluste durch Filter, Regler, Schläuche, Magnetventile und lange Pneumatikleitungen sollten ebenfalls berücksichtigt werden. Der Druck, der während eines schnellen Hubs am Antrieb ankommt, kann niedriger sein als der am Hauptluftverteiler gemessene Druck.
Die Konfigurationen der pneumatischen Antriebe von Fleyenda sind für einen Versorgungsdruckbereich von ca. 3–8 bar ausgelegt, je nach gewähltem Antrieb und Anwendungsfall. Bei der endgültigen Dimensionierung des Antriebs sollte jedoch der am Ventilstandort verfügbare, bestätigte Mindestdruck zugrunde gelegt werden.
So bestimmen Sie das Drehmoment eines pneumatischen Stellantriebs
Bei der Auslegung eines pneumatischen Stellantriebs sollte man von der Drehmomentkurve des Ventils ausgehen. Bei Vierteldrehungsventilen ist in der Regel nicht über den gesamten 90-Grad-Hub hinweg das gleiche Drehmoment erforderlich.
Kugelhähne erfordern zu Beginn der Bewegung oft ein relativ hohes Anlaufdrehmoment, da die Kugel die Reibung am Sitz überwinden muss. Das Laufdrehmoment kann dann in der Mitte des Hubs abnehmen, bevor es wieder ansteigt, sobald die Kugel ihre endgültige Sitzposition erreicht.
Differenzdruck, Temperatur, Sitzwerkstoff, Alter des Ventils, Ablagerungen und lange Zeiträume ohne Betätigung können das erforderliche Drehmoment erhöhen.
Der Stellantrieb sollte daher in allen relevanten Winkelpositionen geprüft werden und nicht lediglich anhand eines einzigen Drehmomentwerts aus dem Katalog.
Praktisches Auslegungsprinzip: Das bei minimalem Luftdruck verfügbare Stellmoment des Antriebs muss über den gesamten Hub hinweg über dem maximal erforderlichen Drehmoment des Ventils liegen, wobei eine für den Einsatzzweck angemessene Sicherheitsreserve einzuhalten ist.
Die Anwendung eines festen Sicherheitsfaktors ohne Kenntnis der Drehmomentkurve des Ventils kann dennoch zu einer falschen Dimensionierung führen. Bei anspruchsvollen Einsatzbedingungen, Metallsitzen, hohem Differenzdruck oder seltenen Schaltzyklen ist unter Umständen eine größere Sicherheitsmarge erforderlich als bei der Verwendung mit sauberem Wasser.
Auswahl von pneumatisch betätigten Kugelhähnen
Ein pneumatisch betätigtes Kugelventil kommt häufig zum Einsatz, wenn eine schnelle Absperrung durch eine Vierteldrehung, eine zuverlässige Absperrung und Automatisierung erforderlich sind.
Bei sauberen Flüssigkeiten und Gasen bieten Kugelhähne mit weichen Sitzen ein geringes Betätigungsdrehmoment und eine hohe Absperrleistung. Unter Hochtemperatur- oder abrasiven Bedingungen sind PEEK- oder Metallsitze möglicherweise besser geeignet, auch wenn das daraus resultierende Drehmoment des Ventils deutlich höher sein kann.
Auch die Bauart der Durchgänge spielt eine Rolle. Kugelhähne mit Volldurchgang minimieren den Durchflusswiderstand, während Ausführungen mit reduziertem Durchgang die Baugröße und die Kosten senken können, sofern ein zusätzlicher Druckverlust akzeptabel ist.
Bei Kugelhähnen mit großem Durchmesser und hohem Druck muss der Kugelhalterung besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Bei Ausführungen mit Drehzapfenlagerung wird die Kugel mechanisch abgestützt; diese werden üblicherweise eingesetzt, wenn die durch den Druck verursachte Belastung des Sitzes erheblich wird.
Wann sollte man ein pneumatisches V-Port-Kugelventil verwenden?
Ein Standard-Kugelhahn mit rundem Durchgang ist in erster Linie zur Absperrung vorgesehen. Er kann zwar in eine Zwischenstellung gebracht werden, seine Durchflusscharakteristik ist jedoch in der Regel nicht ideal für eine präzise Drosselung.
Bei einem pneumatischen V-Port-Kugelhahn sorgt eine speziell geformte Öffnung in der Kugel für einen besser vorhersehbaren Zusammenhang zwischen Ventilstellung und Durchflussquerschnitt.
Dadurch eignet sich die Konstruktion besser für Anwendungen, bei denen das pneumatische Stellventil den Durchfluss regeln muss, anstatt nur zu öffnen und zu schließen.
Der Antrieb wird in der Regel mit einem pneumatischen Stellungsregler kombiniert. Ein Steuersignal, beispielsweise 4–20 mA, wird in den erforderlichen Luftdruck umgewandelt, um das Ventil in die vorgegebene Position zu bringen.
V-Port-Ventile können für Wasser, Dampf, Luft, Gas, Prozessflüssigkeiten und bestimmte Schlammanwendungen geeignet sein, sofern die Werkstoffe von Sitz, Gehäuse und Innenteilen für das jeweilige Medium geeignet sind.
Wann sollte man ein pneumatisches Kugelventil mit Drehzapfenbefestigung verwenden?
Mit zunehmender Größe des Kugelhahns und steigendem Differenzdruck kann die auf die Kugel wirkende hydraulische Belastung erheblich werden. Unter diesen Bedingungen bietet eine auf Drehzapfen gelagerte Konstruktion mechanische Abstützung am oberen und unteren Ende der Kugel.
Die gelagerte Kugelanordnung trägt zur Kontrolle der Sitzbelastung bei und macht die Konstruktion für große Rohrleitungen und anspruchsvolle Druckklassen geeignet.
Ein pneumatisch betätigtes Drehzapfen-Kugelventil kommt daher häufig in Öl- und Gaspipelines, Kompressor- und Pumpstationen, Hochdruckanlagen und anderen großen industriellen Absperranwendungen zum Einsatz.
Diese Ventile erfordern oft größere pneumatische Antriebe, insbesondere wenn Metallsitze, hohe Differenzdrücke oder Notabschaltfunktionen zum Einsatz kommen.
Produktoptionen für pneumatische Stellventile
Die Wahl des richtigen Produkts hängt davon ab, ob der Prozess eine präzise Drosselung oder eine hochbelastbare Absperrung erfordert. Die folgenden beiden Konfigurationen veranschaulichen zwei sehr unterschiedliche Anwendungsfälle für Ventile mit pneumatischem Antrieb.

FAT-VQ-F kombiniert ein Kugelventil mit V-förmigem Durchgang mit einem pneumatischen Antrieb zur proportionalen Durchflussregelung. Durch die V-förmige Kugel eignet es sich besser für Drosselanwendungen, bei denen ein herkömmliches Kugelventil mit rundem Durchgang nicht die erforderliche Regelcharakteristik bieten kann.
DN15–DN200
-20 °C bis +180 °C
CF8 / CF8M Edelstahl
ANSI / DIN / JIS-Flanschanschluss
Doppeltwirkend oder mit Federrückstellung
Stellungsregler und 4–20-mA-Optionen

FAW-Q kombiniert ein drehzapfenlagiertes Kugelventil mit einem pneumatischen AW-Antrieb für die Absperrung bei großem Durchmesser und hohem Druck. Die gelagerte Kugelkonstruktion ist für Anwendungen ausgelegt, bei denen die Druckbelastung und das erforderliche Betätigungsdrehmoment deutlich höher sind als bei kleineren Kugelventilen für allgemeine Zwecke.
DN50–DN600
Klasse 150–2500 / PN16–PN420
-29 °C bis +425 °C
Baustahl / Edelstahl
AW doppeltwirkend oder mit Federrückstellung
Öl, Gas, Wasser, Dampf und Prozessmedien
Magnetventile, Stellungsregler und Endschalter
Der pneumatische Antrieb ist nur ein Bestandteil eines automatisierten Ventilsystems. Das Steuerungszubehör bestimmt, wie das Ventil Befehle empfängt, seine Position regelt und seinen Status an die Anlagensteuerung meldet.
Magnetventil
Ein Magnetventil leitet Druckluft als Reaktion auf ein elektrisches Signal zum Stellantrieb. Es wird üblicherweise für pneumatische Ein-Aus-Anwendungen mit Stellantrieben eingesetzt.
Die Konfiguration des Magnetventils muss zum Aktuatortyp passen. Doppeltwirkende Aktuatoren und Aktuatoren mit Federrückstellung erfordern unter Umständen unterschiedliche Pneumatikkreise.
Pneumatischer Stellungsregler
Ein Stellungsregler kommt zum Einsatz, wenn das Ventil präzise in Zwischenstellungen bewegt werden muss. Er vergleicht das Steuersignal mit der tatsächlichen Ventilstellung und passt den Antriebsdruck so lange an, bis die gewünschte Stellung erreicht ist.
Stellungsregler sind besonders wichtig für pneumatische V-Port-Kugelhähne und andere Drosselanwendungen.
Endschalter
Ein Endschalter liefert eine elektrische Rückmeldung zur Ventilstellung. SPS- oder DCS-Systeme können diese Rückmeldung nutzen, um zu überprüfen, ob das Ventil den erforderlichen Hub vollständig ausgeführt hat, bevor der nächste Prozessschritt beginnt.
Filterregler
Ein Luftfilterregler trägt dazu bei, Verunreinigungen zu entfernen und einen stabilen Versorgungsdruck für die Antriebe aufrechtzuerhalten. In vielen industriellen Anlagen ist er eines der wichtigsten Zubehörteile für die langfristige Zuverlässigkeit der Antriebe.
Ignorieren Sie die Luftqualität in der Instrumentenkabine nicht
Der zuverlässige Betrieb von pneumatischen Stellventilen hängt von sauberer und ausreichend trockener Druckluft ab.
Wasser, Rost, Ölverunreinigungen und Feststoffpartikel können die Dichtungen der Stellantriebe beschädigen, kleine pneumatische Kanäle verstopfen oder dazu führen, dass Stellungsregler und Magnetventile unvorhersehbar arbeiten.
Dies ist besonders wichtig für die Modulationsregelung, da pneumatische Stellungsregler wesentlich kleinere interne Durchgänge aufweisen als ein einfacher Antriebszylinder.
Die Luftaufbereitung sollte daher als Teil der Auswahl des Stellantriebs betrachtet werden und nicht als ein davon unabhängiges Thema des Versorgungssystems.
Ventildruck und Temperatur müssen separat überprüft werden
Die Druckstufe eines pneumatischen Stellantriebs und die Prozessdruckstufe eines Ventils beschreiben zwei völlig unterschiedliche Systeme.
Der Ventilkörper enthält das Prozessmedium und muss für den Druck und die Temperatur in der Rohrleitung ausgelegt sein. Der pneumatische Antrieb wird mit Instrumentenluft versorgt, die in der Regel einen deutlich niedrigeren Druck aufweist.
Die Prozesstemperatur kann sich auch indirekt auf die Dimensionierung des Stellantriebs auswirken. Erhöhte Temperaturen können die Reibung am Sitz erhöhen, das Verhalten der Dichtungen verändern und den Einsatz von Hochtemperatur-Befestigungsvorrichtungen erforderlich machen, um die Komponenten des Stellantriebs vor Hitze zu schützen.
Bei Dampf, Thermoöl und anderen Hochtemperaturmedien sollten die Temperaturgrenzwerte des Gehäuses, der Sitze, der Spindeldichtung und der Antriebsbefestigung geprüft werden.
Auswahl der Werkstoffe für Ventilkörper, Ventilsitz und Dichtung
Bei der Materialauswahl sollte das Prozessmedium berücksichtigt werden, anstatt standardmäßig einfach auf Edelstahl zurückzugreifen.
Kohlenstoffstahl findet breite Anwendung in Rohrleitungen der Öl- und Gasindustrie sowie in der allgemeinen Industrie. Edelstähle wie 304, 316 und CF8M bieten eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit für Anwendungen in den Bereichen Wasser, Chemie und Verfahrenstechnik.
Das Material des Ventilsitzes hat einen ebenso wichtigen Einfluss auf die Leistung eines pneumatischen Stellventils, da es die Dichtwirkung, die Temperaturbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und das Betätigungsdrehmoment beeinflusst.
Sitze auf PTFE-Basis eignen sich für viele Anwendungen mit sauberen Flüssigkeiten. PEEK bietet unter anspruchsvolleren Einsatzbedingungen eine verbesserte mechanische Belastbarkeit und Temperaturbeständigkeit. Metallsitze kommen bei hohen Temperaturen, abrasiven oder extremen Prozessbedingungen zum Einsatz.
Der Wechsel von einem weichen Sitz zu einem Metallsitz kann den erforderlichen Drehmomentbedarf erheblich verändern, daher sollte der vorhandene Stellantrieb niemals ohne Neuberechnung als geeignet angesehen werden.
Betriebsgeschwindigkeit und Taktfrequenz
Pneumatische Antriebe ermöglichen einen relativ schnellen Betrieb, doch ist die kürzestmögliche Hubzeit nicht immer wünschenswert.
In Flüssigkeitssystemen kann ein sehr schnelles Schließen des Ventils zu Druckstößen oder Wasserschlägen führen. Bei großen Kugelhähnen können schnelle Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge zudem die mechanische Belastung der Ventilspindel, der Kupplung und des Stellantriebs erhöhen.
Andererseits können Notabschaltungen oder Hochgeschwindigkeits-Produktionsanlagen eine schnelle Ventilreaktion erfordern.
Die erforderlichen Öffnungs- und Schließzeiten sollten daher anhand der Prozessanforderungen festgelegt werden. Durchflussregelventile sollten zudem unter Berücksichtigung des Einschaltzyklus bewertet werden, da eine häufige Modulation die Dichtungen des Stellantriebs, die Stellungsregler und den Luftverbrauch wesentlich stärker beansprucht als eine gelegentliche Absperrung.
Anforderungen hinsichtlich der Umgebung und von Gefahrenbereichen
Der pneumatische Mechanismus allein macht die Prüfung der umgebungstechnischen und elektrischen Anforderungen nicht überflüssig.
Magnetventile, Stellungsregler und Endschalterkästen können elektrische Bauteile enthalten und erfordern daher einen geeigneten Schutzgrad für den Einsatz im Freien sowie in staubigen oder feuchten Industrieumgebungen.
In Öl- und Gas-, petrochemischen und chemischen Anlagen müssen diese Zubehörteile unter Umständen auch in explosionsgeschützter oder eigensicherer Ausführung vorliegen, die mit der Einstufung des Standorts als explosionsgefährdeter Bereich vereinbar ist.
Die erforderliche Zertifizierung, die Gasgruppe, die Temperaturklasse und das Schutzkonzept sollten bereits bei der Beschaffung festgelegt werden und nicht erst, nachdem die Armatur vor Ort eingetroffen ist.
Anwendungsbereiche für pneumatische Stellventile
Wasseraufbereitung
Pneumatische Stellventile können Filtersysteme, Aufbereitungsanlagen, Chemikaliendosieranlagen, Tankumfüllvorgänge und die Absperrung von Prozesswasser automatisieren. Saubere Instrumentenluft und korrosionsbeständige Ventilwerkstoffe sind häufig wichtige Auswahlkriterien.
Pumpensysteme und Pumpenmodule
Pneumatische Kugelhähne werden häufig in Pumpensteuerungen integriert. Das Signal zum Öffnen und Schließen des Ventils kann mit den Start- und Stoppbefehlen der Pumpe abgestimmt werden, während die Positionsrückmeldung bestätigt, dass das Ventil den gewünschten Zustand erreicht hat.
Öl und Gas
Für Hochdruck-Öl- und Gasleitungen werden häufig große pneumatisch betätigte Kugelhähne mit Drehzapfenlagerung benötigt. Das Drehmoment des Stellantriebs, die Ausfallsicherheit, die brandsichere Bauweise der Ventile sowie Zubehör für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen sind dabei wichtige Faktoren bei der Beschaffung.
Chemische Verarbeitung
Bei chemischen Anwendungen muss die Kompatibilität von Gehäuse, Kugel, Spindel, Sitz und Dichtung sorgfältig geprüft werden. Federrückstellantriebe können eingesetzt werden, wenn der Prozess nach dem Ausfall der Steuerluft eine definierte Position erfordert.
Metallurgie
Metallurgische Anlagen setzen pneumatische Stellventile in Kühlwasser-, Betriebsgas-, Druckluft- und Prozesssystemen ein. Staub, Hitze und eine hohe Schaltfrequenz können die Auswahl der Stellantriebe und des Zubehörs beeinflussen.
Einbau und Inbetriebnahme von pneumatischen Stellventilen
Vergewissern Sie sich vor der Installation, dass die Ausrichtung des Stellantriebs, gegebenenfalls die Durchflussrichtung des Ventils, die Ausfallstellung und die Konfiguration des Zubehörs mit den genehmigten Zeichnungen übereinstimmen.
Die Rohrleitungen sollten so ausgerichtet werden, dass der Ventilkörper nicht zum Ausgleich von Rohrversatz verwendet wird. Große Ventil- und Antriebsbaugruppen erfordern unter Umständen eine eigenständige strukturelle Abstützung.
Die Größe der Pneumatikschläuche sollte so gewählt werden, dass ein ausreichender Luftdurchfluss für die erforderliche Hubzeit gewährleistet ist. Lange oder zu kleine Schläuche können die Ansprechzeit des Stellantriebs verlangsamen, selbst wenn der Druck im Hauptluftverteiler ausreichend ist.
Führen Sie während der Inbetriebnahme mehrere Schaltzyklen des Ventils durch und überprüfen Sie dabei die Rückmeldung der Öffnungs- und Schließstellung, eventuelle Luftleckagen, die Bewegung des Stellantriebs sowie die Endstellung des Ventils.
Bei Regelventilen ist der Stellungsregler zu kalibrieren und der Ventilhub über den gesamten Betriebsbereich hinweg anhand des Stellsignals zu überprüfen.
Wartung von pneumatischen Stellventilen
Bei der Wartung von pneumatischen Stellventilen sollten sowohl das Ventil als auch das Luftsteuerungssystem im Mittelpunkt stehen.
Bei regelmäßigen Inspektionen sollten folgende Punkte überprüft werden: Luftleckagen am Stellantrieb, Zustand der Leitungen, Funktion der Magnetventile, Zustand der Filter, Ansprechverhalten des Stellungsreglers, Genauigkeit der Endschalter sowie die mechanische Verbindung zwischen Stellantrieb und Ventil.
Eine Verlängerung der Betriebszeit oder unregelmäßige Hubbewegungen können auf einen zu niedrigen Luftdruck, Verunreinigungen, Verschleiß der Dichtungen oder ein steigendes Ventildrehmoment hindeuten.
Das Ventil selbst sollte ebenfalls auf Sitz- und Spindeldichtheitsverluste sowie auf Veränderungen des Betätigungsdrehmoments überprüft werden. Ein sich anbahnendes Ventilproblem kann zunächst wie ein Problem des Stellantriebs erscheinen, da beide die Hubleistung beeinflussen.
Häufige Fehler bei der Auswahl von pneumatischen Ventilantrieben
Ein häufiger Fehler besteht darin, den Antrieb ausschließlich anhand des Ventildurchmessers auszuwählen. Das Drehmoment eines Ventils hängt von weit mehr als nur dem DN ab und kann sich je nach Druck, Sitzwerkstoff und Prozessbedingungen erheblich ändern.
Ein weiterer Fehler besteht darin, den Antrieb auf den normalen Anlagendruck statt auf den minimal verfügbaren Druck auszulegen.
Auch Anforderungen an die Ausfallsicherheit werden manchmal erst zu spät berücksichtigt. Der Wechsel von einem doppeltwirkenden Stellantrieb zu einem federrückstellenden Stellantrieb kann die Größe des Stellantriebs und das verfügbare Drehmoment erheblich verändern.
Bei Regelungsanwendungen kann die Wahl eines herkömmlichen Ein-Aus-Kugelhahns anstelle eines geeigneten V-Port- oder Regelventils zu einer instabilen Durchflussregelung führen.
Schließlich sollten Steuerungszubehörteile nicht als generische Komponenten betrachtet werden. Die Durchflusskapazität des Magnetventils, der Stellungsreglertyp, das elektrische Signal, der Explosionsschutz und die Konfiguration der Endschalter beeinflussen allesamt die Leistung der gesamten pneumatischen Antriebs- und Ventilbaugruppe.
Was sollte eine Angebotsanfrage für ein pneumatisches Stellventil enthalten?
Eine aussagekräftige Angebotsanfrage sollte dem Hersteller genügend Informationen liefern, um sowohl das Ventil als auch den pneumatischen Antrieb richtig zu dimensionieren.
Beginnen Sie mit dem Medium, der Nennweite, dem Maximaldruck, dem maximalen Differenzdruck, der Mindest- und Höchsttemperatur, dem Gehäusewerkstoff, dem Sitzwerkstoff und der erforderlichen Anschlussnorm.
Legen Sie anschließend die Ventilfunktion fest: Absperrung, Notabschaltung, Umleitung oder Drosselung.
Geben Sie für den pneumatischen Antrieb den Mindest- und den normalen Versorgungsdruck, die Ausführung (doppeltwirkend oder federrückstellend), die erforderliche Endstellung im Störfall sowie die gewünschte Öffnungs- oder Schließzeit an.
Die Angaben zum Steuerungssystem sollten die Magnetventilspannung, das Eingangssignal des Stellungsreglers, die Positionsrückmeldung, die Anforderungen an die SPS oder das DCS sowie etwaige Zertifizierungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen umfassen.
Eine Anfrage wie “pneumatisches Stellventil DN100” reicht für die korrekte Auslegung des Stellantriebs nicht aus. Der Mindestluftdruck, der Differenzdruck, das Drehmoment des Ventils, die Ausfallfunktion und die Steuerungsfunktion sind wesentliche technische Parameter.
Häufig gestellte Fragen
Wie wähle ich ein Ventil mit pneumatischem Antrieb aus?
Beginnen Sie mit dem Prozessmedium, der Ventilgröße, dem Druck, dem Differenzdruck, der Temperatur und der erforderlichen Ventilfunktion. Ermitteln Sie anschließend das Ventildrehmoment und wählen Sie einen Antrieb aus, der bei dem minimal verfügbaren Luftdruck ein ausreichendes Drehmoment liefert.
Wie viel Luftdruck benötigt ein pneumatischer Antrieb?
Der erforderliche Druck hängt von der Größe des Antriebs und dem Drehmoment des Ventils ab. Industrielle pneumatische Antriebe arbeiten in der Regel innerhalb eines definierten Druckluftbereichs, bei der Auslegung sollte jedoch stets der am Antrieb verfügbare garantierte Mindestdruck zugrunde gelegt werden.
Was ist der Unterschied zwischen doppeltwirkenden und federrückstellenden Stellantrieben?
Ein doppeltwirkender Antrieb nutzt in beiden Richtungen Druckluft. Ein federrückstellender Antrieb nutzt in einer Richtung die Federkraft, wodurch sich das Ventil nach einem Druckluftverlust in eine definierte Position bewegen kann.
Wie groß sollte die Sicherheitsmarge beim Drehmoment eines pneumatischen Stellantriebs sein?
Die geeignete Sicherheitsmarge hängt von der Ventilkonstruktion und den Betriebsbedingungen ab. Hoher Druck, Metallsitze, verschmutzte Medien oder seltener Betrieb können eine größere Sicherheitsmarge rechtfertigen. Bei der endgültigen Dimensionierung sollten die Drehmomentangaben des Ventilherstellers herangezogen werden und nicht allein ein allgemeiner Prozentsatz.
Wann sollte ich mich für ein pneumatisches V-Port-Kugelventil entscheiden?
Ein Kugelhahn mit V-förmiger Öffnung eignet sich für Anwendungen, bei denen eine proportionale Durchflussregelung erforderlich ist. Seine geformte Öffnung sorgt für ein besser kontrolliertes Verhältnis zwischen Ventilstellung und Durchflussquerschnitt als ein herkömmlicher Kugelhahn mit runder Öffnung.
Wann wird ein pneumatisches Drehzapfen-Kugelventil benötigt?
Kugelhähne mit Drehzapfenlagerung werden üblicherweise für größere Nennweiten, hohe Drücke und anspruchsvolle Rohrleitungsabsperrungen gewählt, bei denen die Kugel eine mechanische Abstützung und eine kontrollierte Sitzbelastung benötigt.
Benötigt ein pneumatisches Stellventil einen Stellungsregler?
Nicht immer. Einfache Auf-Zu-Ventile können in der Regel mit einem Magnetventil und einer Stellungsrückmeldung betrieben werden. Ein Stellungsregler ist in der Regel erforderlich, wenn das Ventil Zwischenstellungen präzise regeln muss.
Was passiert, wenn die Instrumentenluft ausfällt?
Das Ergebnis hängt von der Auslegung des Stellantriebs und des Pneumatikkreislaufs ab. Ein federrückstellender Stellantrieb kann das Ventil bei Druckausfall in eine vordefinierte „Fail-Open“- oder „Fail-Close“-Position bewegen.
Kann ein pneumatisches Stellventil an eine SPS oder ein DCS angeschlossen werden?
Ja. Magnetventile, Endschalter und Stellungsregler können als Befehls- und Rückmeldeschnittstellen für automatisierte industrielle Steuerungssysteme dienen.
Fazit
Für die richtige Auswahl eines pneumatischen Stellantriebs reicht es nicht aus, den Stellantrieb lediglich anhand der Ventilgröße auszuwählen. Das Drehmoment des Ventils, der minimale Versorgungsdruck, der Differenzdruck, die Betriebstemperatur und das Prozessmedium beeinflussen alle die Anforderungen an den Stellantrieb.
Die Wahl zwischen doppeltwirkendem und federrückstellendem Betrieb sollte sich nach dem erforderlichen Ausfallverhalten richten, während Stellungsregler, Magnetventile und Endschalter entsprechend der Regelphilosophie ausgewählt werden sollten.
Ebenso wichtig ist die Ventilkonstruktion. Ein pneumatisches V-Port-Kugelventil ermöglicht eine präzise proportionale Durchflussregelung, während sich ein AW-Kugelventil mit Drehzapfenbefestigung besser für die Absperrung bei großen Nennweiten und hohem Druck eignet.
In den Bereichen Wasseraufbereitung, Pumpensysteme, Öl und Gas, chemische Verfahrenstechnik und Metallurgie ist es am zuverlässigsten, Ventil, Antrieb, Luftversorgung und Steuerungszubehör als ein einheitliches technisches Gesamtpaket zu betrachten.
Berücksichtigt man diese Faktoren in ihrer Gesamtheit, kann ein pneumatisches Stellventil über die gesamte vorgesehene Lebensdauer hinweg einen schnellen, wiederholgenauen und zuverlässigen automatisierten Betrieb gewährleisten.



