7. Öffnungs- und Schließzeiten bei pneumatischen Stellantrieben

7. Öffnungs- und Schließzeiten bei pneumatischen Stellantrieben

Das dynamische Verhalten eines pneumatischen Stellantriebes wird durch die thermodynamischen Vorgänge im Membrankammervolumen und durch die Durchflußkapazität des jeweiligen Anbaugerätes (Stellungsregler, Magnetventil etc.) beeinflußt. Außerdem spielt der Luftversorgungsnetzdruck eine wichtige Rolle.

In der Regel verlaufen die Zustandsänderungen im Membrankammerraum mit dem ventilstellungsabhängigen Volumen annähernd isotherm (). Im Volumen herrscht der Stelldruck .. Daher sind Luftmassenänderungen innerhalb des Volumens durch Belüften oder Entlüften proportional der Änderung des Produkts aus (Absolutdruck) und .

Das Antriebsvolumen hängt je nach Sicherheitsstellung wie folgt von der Ventilstellung H ab:

(Feder Ventil schließend)

(Feder Ventil öffnend)

V0 ist das von der Antriebsgröße Aw abhängige Totvolumen.

Der Massenstrom kann mit Hilfe der EN 60534 Berechnungsgleichungen zur Auslegung der Durchflußkapazität ermittelt werden.

Aus diesen Gleichungen ergeben sich 2 Differentialgleichungen, die für und während der Stelldruckveränderung geschlossen gelöst werden können. Ist dies nicht der Fall (z.B. infolge der Pumpenkennlinie), ist nur eine schrittweise Berechnung in kleinen Zeitschritten möglich. Im Ventilauslegungsprogramm ist die erste Variante implementiert, um Öffnungs- und Schließzeiten abschätzen zu können.

Die echte Abbildung z.B. des Stellungsreglerverhaltens ist damit nicht möglich, d.h. die ermittelten Zeiten sind in der Regel geringer, weil in der Realität mit abnehmender Regelabweichung die Stellungsreglerluftleistung (kvAnbaugerät) reduziert wird.

Die Angabe der mathematischen Gleichungen der geschlossenen Lösung würde an dieser Stelle zu weit führen.

Das Ergebnis sind folgende Zeiten:

für Ventil öffnen

für Ventil schließen

Typische Werte für kvAnbaugerät

Anbaugerät | Zuluft | Abluft | Zuluft | Abluft
Stellungsregler 3766 | 0.081 | 0.127 | 0.7 | 0.7
Stellungsregler 4765 | 0.081 | 0.081 | 0.7 | 0.7
Stellungsregler 3780 / 3785 | 0.092 | 0.152 | 0.7 | 0.7
Stellungsregler 3760 | 0.045 | 0.045 | 0.7 | 0.7
Magnetventil 3701 | 0.220 | 0.220 | 0.7 | 0.7
Sonst. Magnet-ventile kvs | Katalog, Datenbank | Katalog, Datenbank | 0.7 | 0.7
Booster Fairchild 20 | 0.531 | 0.531 | 0.7 | 0.7
Booster Fairchild 4500 | 1.968 | 1.968 | 0.7 | 0.7

Rohrleitungseinfluß

Im Ventilauslegungsprogramm kann auch der Verrohrungseinfluß mit erfaßt werden.

( für voll ausgebildete Rohrrauhigkeitssrömung, (k=0.03 mm gezogene Rohre))

Totvolumina

Antriebsfläche | Totvolumen | Nennhub Antrieb
80 | 130 | 15
240 | 425 | 15
350 | 690 | 15
700 | 2665 | 30
1400 | 6195 | 60
2100 | 12000 | 120
2800 | 20000 | 120