Luftverbrauch des Ventils beim Druckluftstart

Was ist der Druckluftverbrauch beim Anfahren eines Ventils?

In der industriellen Automatisierung und in Fluidsteuerungssystemen sind Pneumatikventile gängige Stellglieder. Der Druckluftverbrauch eines Ventils bezeichnet das Volumen an Druckluft, das ein Pneumatikventil im Moment des Umschaltens vom Ausgangszustand in den Zielzustand sowie während des gesamten Schaltvorgangs verbraucht. Die genaue Kenntnis dieses Parameters ist von großer Bedeutung für die angemessene Auslegung der Kompressorleistung, die Dimensionierung der Rohrleitungsnetze sowie die Bewertung des Energieverbrauchs des Systems.

Die Hauptfaktoren, die die Startmenge beeinflussen

Der Druckluftverbrauch eines Ventils ist kein fester Wert, sondern wird von einer Vielzahl betrieblicher Betriebsbedingungen und hardwareseitiger Gegebenheiten beeinflusst:

• Zylinderinhalt und Aufbau:Das Bauraumvolumen eines pneumatischen Stellantriebs bestimmt unmittelbar die für einen einzelnen Hub erforderliche Grundluftmenge. Zweiseitig wirkende Zylinder verbrauchen Druckluft sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen, während einseitig wirkende Zylinder nur auf einer Seite mit Druckluft beaufschlagt werden und die Rückstellung der anderen Seite durch eine Feder erfolgt.
• Arbeitsdruck:Je höher der Systemversorgungsdruck ist, desto größer ist bei gleichem Volumen das verbrauchte Normvolumen an Druckluft.
• Ablaufzeit und Frequenz:Je höher die geforderte Schaltgeschwindigkeit eines Ventils ist, desto höher liegt auch der Spitzendruckluftverbrauch im Moment des Schaltvorgangs. Gleichzeitig bestimmt die Schalthäufigkeit pro Zeiteinheit den durchschnittlichen Druckluftverbrauch des Systems.
• Druckleitungs- und Armaturenverluste:Das Rohrleitungsvolumen zwischen der Gasquelle und dem Ventilantrieb, die Leckagen an den Anschlüssen sowie der Vordurchfluss der Regelarmaturen tragen ebenfalls zur gesamten Anlaufgasmenge bei.

Wie lässt sich der Anlaufverbrauch von Druckluft abschätzen?

In der Phase der Anlagengestaltung und der Ausrüstungsauswahl wird zur Abschätzung des Anlaufbedarfs in der Regel das Verfahren angewendet, theoretische Berechnungen mit einem Sicherheitszuschlag zu kombinieren:

• Berechnung des theoretischen Gasverbrauchs:Auf der Grundlage der Kolbenquerschnittsfläche, des Hubwegs sowie des Betriebsdrucks wird das theoretische Luftverbrauchsvolumen eines einzelnen Arbeitstakts berechnet. Bei Doppelwirkungszylindern sind die Volumina des kolbenstangenlosen und des kolbenstangenseitigen Zylinder‑raums gesondert zu ermitteln.
• Umrechnung in den Standardzustand:Das bei der tatsächlichen Betriebslast ermittelte Gasvolumen wird mithilfe der Zustandsgleichung für Gase auf den Freiluftverbrauch unter Normalbedingungen umgerechnet, um es mit dem Fördervolumen des Kompressors abzustimmen.
• Berücksichtigung von Spitzen- und Durchflussmengen:Der Spitzendurchfluss im Moment des Anlaufs dient zur Überprüfung des Rohrleitungsdurchmessers und der Durchlassfähigkeit des Druckreduzierventils; der unter Berücksichtigung der Schaltfrequenz ermittelte Durchschnittsdurchfluss hingegen wird zur Beurteilung der Dauerluftversorgungsleistung des Kompressors herangezogen.
• Erhöhung des Sicherheitsfaktors:Unter Berücksichtigung von Leckagen im Rohrnetz, Druckschwankungen sowie möglichen zukünftigen Erweiterungen der Anlagenausstattung wird das Ergebnis der theoretischen Berechnung üblicherweise mit einem angemessenen Sicherheitsfaktor multipliziert.

Optimierung der Startmenge und Energieeinsparungsempfehlungen

Um die Betriebskosten des Druckluftsystems zu senken, kann der Anlaufverbrauch der Ventile unter anderem in folgenden Bereichen optimiert werden:

• Richtige Auswahl der Stellglieder:Unter der Voraussetzung, dass Drehmoment und Ansprechzeit eingehalten werden, sind einseitig wirkende Feder‑zurück‑Zylinder oder kompaktere Stellantriebe zu bevorzugen, um den Grundluftverbrauch zu senken.
• Optimierung des Regelkreises:Mithilfe eines intelligenten Ventilreglers oder einer Durchflussbegrenzungsvorrichtung wird unter Gewährleistung eines ruhigen Betriebs der Steuerdruck angemessen gesenkt bzw. der Ansaugluftstrom begrenzt, um einen übermäßigen Energieverbrauch zu vermeiden.
• Stärkung der Netzerhaltung:Prüfen Sie regelmäßig die Dichtigkeit der Druckluftleitungen, der Anschlüsse sowie der Ventilgehäuse, um Leckagen und unnötigen Druckluftverlust zu vermeiden.
• Einführung eines Puffertanks zur Gasspeicherung:Die ortsnah vorgenommene Anordnung kleiner Druckluftspeicher in Bereichen mit hoher Ventildichte ermöglicht es, den bei der gleichzeitigen Aktivierung mehrerer Ventile auftretenden kurzfristigen Verbrauchsspitzen wirksam zu begegnen und den lokalen Netzdruck stabil zu halten.