Leistungsfähige Servopneumatik benötigt schnelle Stetigventile

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Linator AG Deutsche Niederlassung Aachen

Die Fähigkeit der Servoventile, kleinste wie große Durchflussmengen als stetige Größen schnell und präzise zur Verfügung zu stellen, ermöglicht eine hohe Reproduzierbarkeit der Gasvolumenströme, der Positionspunkte, der Kräfte und der Verfahrgeschwindigkeiten (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Diese Größen können deshalb zum Beispiel in Form von Kurven vorgegeben werden.

Die Vorgaben werden präzise eingehalten, zum Beispiel von den Servoventilen in Prüfmaschinen. Obwohl die Laststeifigkeit eines derartigen Antriebs verblüffend hoch ist, behalten die so gesteuerten Aktoren die oft gewünschte Weichheit der Pneumatik. So werden die harten Stöße der angetriebenen Mechanik abgefedert.

Schaltgeschwindigkeit und Hysterese machen Servoventile präzise

Die gewünschte hohe Präzision eines Servoventils hängt unmittelbar von folgenden Größen ab: von einer möglichst hohen Schaltgeschwindigkeit der Servoventile und von einer möglichst geringen bauartbedingten Hysterese.

Allgemeine Proportional- und Servoventilkörper werden üblicherweise als Sitz- oder Schieberventil ausgeführt. Diese Bauformen unterscheiden sich durch eine Reihe technischer Merkmale: Beiden gemeinsam ist die Antriebsform. Sie haben Proportionalmagnete oder piezoelektrische Aktoren, die den Ventilhub erzeugen. Außerdem werden beide Ausführungen direkt und indirekt gesteuert. Natürlich erfordert ein direkt gesteuertes Ventil höhere Stellkräfte, besticht aber auch durch höhere Dynamik.

Neues Ventil wandelt Hubventilprinzip in Drehschieberprinzip um

Dr.-Ing. Heiner Kolvenbach, Niederlassungsleiter der Linator AG in Aachen, hat jedoch ein Ventil entwickelt, das die beiden Eckwerte unübertroffen optimiert. Die Grundlagen dazu hatte er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen erarbeitet.

Die Funktionsoptimierung ist dabei sehr einfach: Um Totzeiten und andere Schaltverzögerungen zu vermeiden, wurde schlicht und einfach das bekannte Hubventilprinzip in ein Drehschieberprinzip umgewandelt (Bild 2). Die Resultate: atemberaubende Schaltgeschwindigkeiten bei einer zu vernachlässigenden Hysterese (0 bis 100% Schaltweg in 1 bis 5 ms, Tabelle siehe Bildergalerie).

Servoventile als 3/3-Wege-Ventile ausgeführt

Die Servoventile sind als direkt gesteuerte, elektrisch betätigte stetige 3/3-Wege-Ventile ausgeführt. Das heißt: Es wird kein zusätzlicher pneumatischer Betätigungsdruck benötigt. Der Drehschieber wird mithilfe der integrierten elektronischen Lageregelung stetig positioniert. Die Servoventile sind als Einbaupatronen ausgebildet, um insbesondere bei Serienanwendungen platz- und kostensparende Gesamtlösungen zu ermöglichen. Die dazugehörige Elektronik ist in verschiedenen Bauformen erhältlich.

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