ARMATUREN & LEITUNGEN


Themenspecial













 Alles geregelt bis in die Peripherie 

Automatisierte Armaturen für nachhaltige Prozesstechnik

Ob bei der Nahrungs- oder Pharmazeutikaproduktion, ob in der Chemie-, Öl- oder Gasindustrie – eines ist gewiss: In der Prozessindustrie benötigen viele Anlagenteile eine hochwertige Druckluftversorgung, insbesondere Armaturen, die pneumatisch gesteuert und automatisiert werden. Die Anwendungsfelder der verwendeten Bauteile erstrecken sich dabei vom Innen- bis in den Außenbereich – und damit in teils aggressive Umgebungen und widrige Bedingungen. 

Valve-Automation-Lösungen aus einer Hand für zahlreiche Anwendungen bietet SMC.
Bild: SMC Deutschland GmbH


Das stellt alle Komponenten vor besondere Herausforderungen, nicht nur in Bezug auf die verwendeten Materialien, sondern auch im Hinblick auf Funktionserfüllung, Lebensdauer, Servicefreundlichkeit, Handhabung und selbstverständlich auch Energieeffizienz. Wie solche Lösungen bis ins Detail beschaffen sein sollten, zeigt Automatisierungsspezialist SMC.

Um bei Anwendungen in der Prozessindustrie unter anderem Armaturen, Schieber oder Klappen automatisiert zu öffnen, zu schließen und zu positionieren, werden pneumatische Komponenten eingesetzt – darunter Antriebe, Luftaufbereitungskomponenten und Stellungsregler (englisch Positioner). Im Falle von chemischen Anlagen trägt gerade das effiziente Zusammenspiel dieser Komponenten dazu bei, den Durchfluss von unterschiedlichen Medien in Rohrleitungen zu regeln. Selbst große Armaturen werden so mithilfe von Druckluft sicher und einfach angesteuert. 

Dabei gilt: Alle Lösungen müssen bis ins kleinste Detail dauerhaft reibungslos funktionieren, den höchsten Sicherheitsstandards entsprechen und ihre Tätigkeit möglichst energieeffizient verrichten. Moderne Komplettanbieter wie der Automatisierungsspezialist SMC legen ihren Schwerpunkt daher auf die Entwicklung hochwertiger Anlagenkomponenten für die gesamte Peripherie von Industriearmaturen – und bieten neben den genannten Bauteilen auch individuelle Zylinderlösungen mit Positioner (CYPO) an, die als All-in-One-Lösungen mit robusten Einzelkomponenten ausgestattet sind. Alle Lösungen verbindet dabei die Bereitstellung weltweit verfügbarer Services für den sicheren internationalen Einsatz sowie der Fokus auf ein gewichtsreduziertes, verbrauchsarmes und damit besonders energieeffizientes Design.

Individuelle Zylinderlösungen mit angebauten Positioner (CYPO) kommen zum Einsatz etwa zum Öffnen, Schließen und Positionieren von Armaturen, Schiebern oder Klappen. Bild: SMC Deutschland GmbH

Spezielle Lösungen für besonderes Umfeld 

Das Zusammenspiel in Sachen Valve Automation folgt stark vereinfacht einem klaren Muster: Pneumatische Antriebe betätigen die Armaturen, indem Druckluft in mechanische Bewegungen umgesetzt wird. Der Stellungsregler wiederum positioniert die Armatur durch eine Sollwertvorgabe, vergleicht den Istwert mit dem eingestellten Sollwert und regelt die Position bei Bedarf nach. So weit, so gut.

Bei vielen Anlagen werden trotz widriger Bedingungen jedoch oftmals Standardlösungen eingesetzt, die diesen besonderen – wenn nicht gar extremen – Umgebungsbedingungen nicht lange standhalten und Regelfehler oder sogar Produktionsstillstände verursachen können. Je nach Anlagenart ziehen solche Fehler nicht unerhebliche Ausfallkosten nach sich.

Die Filter-Regler der Serie AW-X2709 besitzen an der Entlüftungsbohrung eine für widrige Bedingungen entwickelte „Rain-Cap“ zum Schutz vorm Eindringen von Regenwasser (rechts im Bild). Bild: SMC Deutschland GmbH

Perfekte Druckluftqualität auf allen Ebenen

Um in allen Bereichen die optimale Druckluftqualität zu erreichen, sollte für jede eigenständige Anwendung eine Filter-Regler-Einheit verbaut werden. Durch die zusätzliche Filtration nah am Verbraucher – die Serie AW-X2709 erzielt etwa eine Filterfeinheit von 5 Mikrometer – lassen sich nachfolgende Bauteile vor Verschmutzungen durch Fremdkörper und Kondensat schützen (eventuell gesammeltes Kondensat kann abgeführt werden). Die regelbare, konstante Druckversorgung des Systems wird durch die Kombination von Filter und Regler dabei in einem Bauteil realisiert.

Die Gehäuse der Filter-Regler der Serie AW-X2709 sind aus speziell beschichtetem Aluminiumdruckguss, deren Vorteile in geringeren Gewichten und niedrigeren Anschaffungskosten liegen – bei einer gleichzeitig hohen Lebensdauer und derselben Leistungsstärke. Weitere Varianten der Filter-Regler sind auch mit kompletten Gehäusen aus rostfreiem Stahl erhältlich. In Baugrößen von 1/4, 3/8, 1/2, 3/4 bis zu 1 Zoll Anschlussgewinde erhältlich, kann die Serie einfach ausgetauscht und für alle Pneumatik-Einheiten in der Prozessindustrie verwendet werden. Sie deckt alle Versorgungsbereiche eines Filter-Reglers ab und lässt sich auch mit SIL-Zulassungen beziehen.

Im Stundentest nach JIS H 8502:1999 erfolgreich bewährt

Die AW-Serie X2709 konnte sich bei widrigen Umgebungsbedingungen unter anderem erfolgreich im 960 Stundentest nach JIS H 8502:1999 beweisen. Dabei wurde der Filter-Regler diversen Einzelbedingungen ausgesetzt – in Summe ein Zyklus mit einer Gesamtdauer von 8 Stunden, der 120-mal wiederholt wird – und hielt diesen mit Erfolg stand. Im Einzelnen: 2 Stunden Benetzung mit salzhaltigem Spritzwasser (bei einer Umgebungstemperatur von 35 Grad Celsius und einem Salzgehalt von 5 Prozent), 4 Stunden Trockenzeit (bei einer Umgebungstemperatur von 60 Grad Celsius und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 20 bis 30 Prozent) sowie 2 Stunden Befeuchtung (bei einer Umgebungstemperatur von 50 Grad Celsius und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95 Prozent oder mehr).

Einige der Erfolgsfaktoren: Alle außenliegenden Bestandteile der Serie AW-X2709 sind aus Metall gefertigt (wie bereits erwähnt unter anderem Edelstahl oder Aluminium). Darüber hinaus besitzt der Filter-Regler an der Entlüftungsbohrung eine speziell für widrige Bedingungen entwickelte „Rain-Cap“ zum Schutz vorm Eindringen von Regenwasser in den Federdom des Reglers. Zudem verfügt die Serie in allen Varianten über einen großen Handgriff aus rostfreiem Stahl zur einfachen und komfortablen Druckluftregelung selbst mit schweren Arbeitshandschuhen. So lassen sich Ausfallzeiten im Vergleich zu herkömmlichen – oder in Sachen Materialqualität und Robustheit minderwertigeren – Filter-Reglern reduzieren, da diese den Herausforderungen im Außenbereich der Prozessindustrie nicht gewachsen sind.

Alle außenliegenden Bestandteile der Serie AW-X2709 sind aus Metall gefertigt, womit sich die Filter-Regler ideal auch für den Einsatz unter widrigen Bedingungen in der Prozesstechnik eignet. Bild: SMC Deutschland GmbH

Geringere Ausfallwahrscheinlichkeit, geringere Kosten

Die dadurch verringerte Ausfallwahrscheinlichkeit führt im Falle eines Einsatzes der Serie AW-X2709 zu weniger Störfällen, besonders in Betrieben mit kontinuierlichen Produktionen, wie wir sie in der Prozessindustrie vorfinden. Durch die eingesparten Ausfallzeiten des Filter-Reglers können sowohl die Material- als auch die Montagekosten im laufenden Betrieb gesenkt werden.

Weltweit sind bereits unzählige Filter-Regler-Einheiten von SMC erfolgreich in prozesstechnischen Anlagen im Einsatz. Durch die hohe Qualität aller Komponenten trägt SMC so dazu bei, letztlich die Produktionssicherheit in der Prozessindustrie zu erhöhen.

Dabei werden nicht zuletzt die Erfahrungen als zuverlässiger Anbieter in der Fabrik- auch auf die Prozessautomation übertragen. Weitere Ausführungen, die den dort geltenden Bedingungen angepasst sind – etwa Gehäuse aus rostfreiem Stahl sowie Hoch- und Tieftemperaturausführungen – runden dieses Portfolio ab.

Die Lock-Up Valves IL200/211/220 – hier IL220 – gewährleisten einen sicheren Zustand bei Druckluftabfall und bringen die Armatur bei Störung der Druckluftversorgung in eine sichere Position. Bild: SMC Deutschland GmbH

Effizientes Lösungsspektrum für die weitere Peripherie

Um das Feld zu komplettieren, bietet SMC neben dem Filter-Regler der Serie AW-X2709 weitere Lösungen an, welche die Peripherie für Industriearmaturen und sonstige prozesstechnische Anlagen bereichern, darunter das Booster-Ventil IL100: Dieses Booster-Ventil – oder auch Volumenstromverstärker – lässt sich zwischen Stellungsregler und Pneumatikantrieb einbauen, um die Stellgeschwindigkeit des Antriebs zu erhöhen. Das Funktionsprinzip ist so einfach wie zuverlässig: Am Ventilausgang steht ein Druckluftstrom zur Verfügung, dessen Druck dem Signaldruck entspricht – jedoch einen höheren Volumenstrom aufweist. Das Druckluftsignal vom Stellungsregler tritt über den Signaldruckanschluss in die Eingangskammer ein und wirkt auf ein ausgeklügeltes Doppelmembransystem, das je nach anstehendem Signaldruck ein Sitzventil in der Arbeitsleitung öffnet.

Bei fallendem Signaldruck wird der am Ausgang anstehende Arbeitsdruck gegen den Signaldruck gewogen und gegebenenfalls über die sensibel reagierenden Membranen zur Atmosphäre hin abgelassen. Über ein in einer By-Pass-Leitung zwischen Ober- und Unterseite des Membransystems integriertes Nadelventil kann die Stabilität des Regelsystems justiert werden. Das Booster-Ventil der Serie IL100 ist unter anderem auch in Sonderausführungen für Temperaturbereiche von -30 bis +80 Grad Celsius, aus rostfreiem Stahl sowie für große Antriebe erhältlich.


Moderne Hochleistungsventile für alle Einsatzgebiete

Auch die weiteren Ventil-Lösungen sind auf Robustheit und Zuverlässigkeit getrimmt: Die Lock-Up Valves IL200/211/220 beispielsweise gewährleisten einen sicheren Zustand bei Druckluftabfall und werden verwendet, um die Armatur bei Störung der Druckluftversorgung in eine sichere Position zu bringen. Bei Unterschreiten des einstellbaren Minimumdruckes schaltet das Ventil in die sichere Position. Erhältlich sind sie als 2/2-Wegeventil für einfachwirkende Antriebe (Federrückstellung, Serie IL201), als 4/4-Wegeventil für doppeltwirkende Antriebe (Serie IL211) oder als 3/2-Wegeventil, um auf eine alternative Druckluftversorgung umzuschalten (Serie IL220).

Immer bestens positioniert – dank Stellungsreglern

Die Komplettlösungen von SMC zeichnet unter anderem dadurch aus, dass ausschließlich hochqualitative Komponenten verbaut werden, vom Filter-Regler über Spezialventile bis hin zur kompletten Druckluftversorgung – samt Positioner. Dazu gehören etwa die elektro-pneumatischen Varianten ND9000 und ND7000. Die intelligenten Stellungsregler sind ausgelegt für rotatorische und lineare Anwendungen für alle Regelventilantriebe und in verschiedenen explosionssicheren Ausführungen erhältlich.

Die Positioner sind zudem SIL2-zertifiziert und kompatibel mit HART, Profibus PA und FOUNDATION Field Bus. Ergänzt werden sie von den elektrisch/pneumatischen Positionern IP8001/IP8101 mit Autokalibrierung und IP8000/IP8001 für Standardanwendungen, den pneumatisch/pneumatischen Positionern IP5000/IP5100, ebenfalls für rotierende oder lineare Anwendungen, sowie dem rein pneumatischen Positioner für Linearzylinder IP200.

Anwenderfreundlichkeit wird groß geschrieben

Air Servo Cylinder IN-777 mit integrierten Positioner als Applikationsbeispiel. Bild: SMC Deutschland GmbH

Daneben werden aus Sicht der Anwender eine anwenderfreundliche Installation, Konfiguration, Inbetriebnahme und Handhabung immer wichtiger. Denn: Je einfacher und komfortabler sich eine Einheit oder Armatur bedienen lässt, desto mehr wertvolle Zeit, Kosten und weitere Ressourcen werden gespart. Unter Erfüllung der hohen Anforderungen werden bei SMC etwa Konstruktionen wie die Air Servo Cylinder IN-777 gefertigt, ausgelegt für den Einsatz in allen Industriezweigen.

Die Position des Zylinders wird hier durch ein elektrisches Signal mit 4-20 Milliampere vorgegeben. Das System punktet mit einfacher Kalibrierung (Endpositionen), kleinen Reaktionszeiten und hoher Präzision – bei einer Wiederholgenauigkeit von ±0.5 Millimeter. Als All-in-One Lösung wird die Wartung vereinfacht, zudem verfügt sie über eine eingebaute Selbstdiagnose und Notfall-Positionierung des Zylinders bei Luft- oder Stromausfall.

Die hochreinen und chemikalienbeständigen, 2-lagigen Schläuche der Serie TQ sind durchscheinend und lassen so das Medium erkennen. Bild: SMC Deutschland GmbH

Verbunden mit der Konnektivität der Zukunft

Mit Blick auf die automatisierte Prozesstechnologie der Zukunft hat SMC seine Positioner mit vielen Kommunikationsoptionen ausgestattet – wie bereits erwähnt unter anderem für HART, Profibus PA und FOUNDATION Field Bus. Zudem verfügen sie über eine Diagnosefunktion, so können sie direkt erfassbare Größen wie Sollwert, Istwert, Regeldifferenz und Antriebsdruck kontinuierlich aufzeichnen und kritische Zustände sowie Anzeichen für Verschleißerscheinungen am Ventil melden.

So kommen so neben der Prozessindustrie in vielen weiteren Anwendungsfeldern zum Einsatz, etwa bei der Wasser-/Abwasseraufbereitung, in der Chemieindustrie, im Schiffbau, in Heizkraftwerken oder bei der Gewinnung von Rohstoffen.

 

Immer sauber bleiben beim Medientransport

Um Druckluft oder Wasser zu transportieren, wird in industrieweit auf Schläuche zurückgegriffen. Dabei treten häufig komplexe Verschlauchungen in engen Räumlichkeiten auf. Das setzt eine hohe Knickbeständigkeit voraus und zudem sollten Verwechslungen beim Anschluss verhindert werden. Je nach Anwendungsfall und Medium müssen Schläuche ebenfalls entsprechend druck- und temperaturbeständig sein, um eine hohe Haltbarkeit zu garantieren.

So sind etwa Schläuche aus Polyurethan (PU) wie die Serie TU-X214 von SMC sowohl FDA- als auch EU-konform, da Kontaminationen des Produktes durch Abrieb von Druckfarben auf den Schläuchen verhindert werden, indem die Schläuche erst gar nicht mit einem Aufdruck versehen sind. Daneben stehen die hochreinen und chemikalienbeständigen, 2-lagigen Schläuche der Serie TQ aus transparentem, hoch beständigem Weich-Fluoropolymer mit einer ebenfalls transparenten Außenschicht aus Spezial-Polyamid bereit. Mit Außendurchmesser von 4 bis 12 Millimeter sind sie geeignet für Medientemperaturen von -20 bis +100 Grad Celsius. Die extrem glatte Innenseite des Schlauchs verhindert ein Anhaften von Stoffen. Die Transparenz des Schlauchmaterials ermöglicht eine leichte Diagnose des Zustandes im Inneren der Leitung: Blasenbildung, Ablagerungen, Kondensation oder Trübungen werden leicht erkannt.

In Summe sollte insbesondere in der Prozessindustrie – ob im Bereich Chemie, Food oder Medizintechnik – viel Wert auf besonders hochwertige und damit beständige und langlebige Komponenten in allen Bereichen gelegt werden. Das zahlt sich auf lange Sicht nicht nur auf der Kostenseite aus, sondern letztlich vor allem in Sachen Produktqualität und Nachhaltigkeit.

Autoren

bzw. zuständige Ansprechpartner für die entsprechenden Bereiche

Jan Plößer

Sales Engineer Chemical Industry Key Account Management
SMC Deutschland GmbH

Mobil
+49 151 74495502

Email
Ploesser.Jan@smc.de

Marcel Plößer

Sales Engineer Valve Automation Key Account Management
SMC Deutschland GmbH 

Mobil
+49 162 2991090

Email
Ploesser.Marcel@smc.de