Servopneumatik

Lufthoheit

Pneumatische Systeme + Regelungstechnik = Servopneumatik
Grafische Darstellung des Drehschieberprinzips. (Grafik: Linator)
Wie regelt man Luft in Handlingprozessen? Mit der Effizienz der Servopneumatik. Sie zeigt die gewünschten Eigenschaften in der industriellen Anwendung: leistungsfähige, anschlussfertige Spezial-Komponenten und eine unkomplizierte Installationstechnik. Die Kombination mechanischer und elektronischer Komponenten erweitert das Einsatzfeld der Pneumatik auf die Regelungstechnik.



Wesentliches Merkmal der Servopneumatik sind – im Gegensatz zur konventionellen Standardpneumatik – geschlossene Regelkreise mit stetig wirkenden Stellgliedern. Dabei lassen sich nahezu alle Anwendungen auf zwei Grundschaltungen reduzieren: die servopneumatische Druck-Regelung und die servopneumatische Kontrolle von Bewegungen und Positionierungen von Aktoren. Bei der Druckregelung misst ein Drucktransmitter den Ist-Druck, ein klassischer PID-Regler bildet die Regelabweichung und steuert das Servoventil an, das diese Stellgröße stetig in einen proportionalen Öffnungsquerschnitt umwandelt. Bei der servopneumatischen Bewegungskontrolle pneumatischer Aktoren wird aus Sollwert und Istwert die Regelabweichung gebildet, die über einen speziell an die physikalischen Eigenschaften der Druckluft angepassten dreischleifigen Regler die Stellgrößen für die Servoventile berechnet. Sollwerte können in Form von Positionen, Kräften und Verfahrgeschwindigkeiten (Softstop) von entsprechenden Transmittern zur Verfügung gestellt werden.

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Die Fähigkeit der Servoventile kleinste und große Durchflussmengen stetig, schnell und präzise zur Verfügung zu stellen, ermöglicht hohe Wiederholgenauigkeiten von Gasmengen, Positionen, Kräften und Verfahrgeschwindigkeiten, die zum Beispiel in Form von Kurven vorgegeben werden können. Sie werden präzise nachgefahren. Anwendungen erfolgen zum Beispiel in Prüfmaschinen und Manipulatoren. Obwohl die Laststeifigkeit eines derartigen Antriebs hoch ist, behalten die so gesteuerten Aktoren die oft gewünschte Weichheit der Pneumatik, die harte Stöße von der angetriebenen Mechanik abfedert.

Die gewünschte hohe Präzision eines Servoventils hängt unmittelbar von einer möglichst hohen Schaltgeschwindigkeit der Servoventile ab sowie einer möglichst geringen bauartbedingten Hysterese. Dr. Kolvenbach hat ein Ventil entwickelt, das die beiden Eckwerte unübertroffen optimiert. Das Prinzip ist einfach: Um Totzeiten und andere Schaltverzögerungen zu vermeiden, hat er das bekannte Hubventilprinzip in ein Drehschieberprinzip verwandelt. Resultate: beachtliche Schaltgeschwindigkeiten bei einer zu vernachlässigenden Hysterese. Diese Servoventile sind als direktgesteuerte, elektrisch betätigte, stetige drei/drei-Wege-Ventile ausgeführt. Das heißt: Es wird kein zusätzlicher pneumatischer Betätigungsdruck benötigt. Der Drehschieber wird mithilfe der integrierten elektronischen Lageregelung stetig positioniert.

Für Standard-Anwendungen stehen eigenständige, anschlussfertige Komponenten zur Verfügung: Druck-Servoventile und Positionier-Servoventile beinhalten in einem Gehäuse Regler und Stellglied. Lediglich Spannungs- und Druckversorgung, Istwertgeber und Sollwert müssen angeschlossen werden. Da bei beiden Grundschaltungen das Stellglied identisch ist, liegt es nahe, Druckregelungen und Lageregelungen zu kombinieren.

Werkstücke müssen wegekontrolliert bis zu einer bestimmten Kraft oder kraftkontrolliert auf definierte Presswege gebracht werden. Hier liefert die gleiche servopneumatisch-mechanische Hardware mit software-gesteuerten Signalen die Lösung. Anwendungen: präzise Schutzgasreglung in Schweiß- und Schneidvorgängen, feinfühliges Regeln von pneumatischen Bremsen, sofortiges und genaues Kompensieren wechselnder Lasten an Manipulatoren, Regelung von Vorgängen im Vakuum, präzises kraftkontrolliertes Crimpen und Punktschweißen, Regelung hysteresebehafteter Booster sowie genaue Bewegungskontrolle von automatischen Lackieranlagen.

Ingo Uhlenhaut/pb

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