1. Was ist eine pneumatische Absperrklappe?
Ein pneumatisches Absperrventil ist ein Vierteldrehventil zur Regulierung oder Absperrung des Flüssigkeitsflusses in einer Rohrleitung. Es besteht aus einer kreisförmigen Scheibe (oft auch „Scheibe“ genannt), die auf einem Schaft montiert ist, der sich im Ventilkörper dreht. „Pneumatisch“ bezieht sich auf den Betätigungsmechanismus, der Druckluft zur Betätigung des Ventils nutzt und so eine Fern- oder automatische Steuerung ermöglicht.
Ein pneumatisches Absperrventil kann in zwei Hauptkomponenten unterteilt werden: den pneumatischen Antrieb und das Absperrventil.
· Absperrklappenkörper: Besteht aus Ventilkörper, Scheibe (Scheibe), Schaft und Sitz. Die Scheibe dreht sich um den Schaft, um das Ventil zu öffnen und zu schließen.
· Pneumatischer Antrieb: Verwendet Druckluft als Energiequelle und treibt einen Kolben oder Flügel an, um eine lineare oder rotierende Bewegung zu erzeugen.
Schlüsselkomponenten
*Absperrklappe:
- Ventilkörper: Das Gehäuse, in dem sich die Scheibe befindet und das mit dem Rohr verbunden ist.
- Scheibe (Disc): Eine flache oder leicht erhabene Platte, die den Durchfluss steuert. Wenn sie parallel zur Durchflussrichtung gehalten wird, öffnet sich das Ventil; wenn sie senkrecht gehalten wird, schließt es.
- Schaft: Die mit der Scheibe verbundene Stange, die die Drehkraft vom Antrieb überträgt.
- Dichtungen und Sitze: Sorgen für einen dichten Abschluss und verhindern Leckagen.
*Aktuator
- Pneumatischer Antrieb: Typischerweise ein Kolben- oder Membranantrieb, der Luftdruck in mechanische Bewegung umwandelt. Er kann doppeltwirkend (Luftdruck zum Öffnen und Schließen) oder einfachwirkend (Luft für eine Richtung, Feder für die Rückstellung) sein.
2. Funktionsprinzip
Der Betrieb eines pneumatischen Absperrventils ist im Wesentlichen ein verketteter Prozess von "Druckluftbetätigung→Aktuatorbetätigung→Scheibenrotation zur Steuerung des Durchflusses.“ Einfach ausgedrückt wird pneumatische Energie (Druckluft) in eine mechanische Drehbewegung umgewandelt, um die Scheibe zu positionieren.
2.1. Betätigungsvorgang:
- Dem pneumatischen Antrieb wird Druckluft aus einer externen Quelle (z. B. einem Kompressor oder einer Steuerung) zugeführt.
Bei einem doppeltwirkenden Antrieb strömt Luft durch einen Anschluss, um den Ventilschaft im Uhrzeigersinn zu drehen (also das Ventil zu öffnen), und durch den anderen Anschluss, um ihn gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Dadurch entsteht eine lineare Bewegung im Kolben oder in der Membran, die durch einen Zahnstangen- oder Scotch-Yoke-Mechanismus in eine 90-Grad-Drehung umgewandelt wird.
- Bei einem einfachwirkenden Antrieb drückt der Luftdruck den Kolben gegen die Feder, um das Ventil zu öffnen. Durch Ablassen der Luft schließt die Feder das Ventil automatisch (ausfallsichere Konstruktion).
2.2. Ventilbetrieb:
- Wenn der Antrieb den Ventilschaft dreht, dreht sich die Scheibe im Ventilkörper.
- Offene Position: Die Scheibe steht parallel zur Strömungsrichtung, minimiert den Widerstand und ermöglicht den vollen Durchfluss durch die Rohrleitung. - Geschlossene Position: Die Scheibe dreht sich um 90 Grad, senkrecht zur Strömung, blockiert den Durchgang und dichtet gegen den Sitz ab.
- Die Zwischenstellung kann den Durchfluss drosseln, obwohl Absperrklappen aufgrund ihrer nichtlinearen Durchflusseigenschaften eher für den Auf-Zu-Betrieb als für eine präzise Regelung geeignet sind.
2.3. Kontrolle und Feedback:
- Der Antrieb ist typischerweise mit einem Magnetventil oder Stellungsregler gekoppelt, um eine präzise Steuerung über elektrische Signale zu ermöglichen.
- Ein Sensor kann eine Rückmeldung zur Ventilposition liefern, um einen zuverlässigen Betrieb in automatisierten Systemen sicherzustellen.
3. Einfachwirkend und doppeltwirkend
3.1 Doppeltwirkender Antrieb (keine Federrückstellung)
Der Aktuator verfügt über zwei gegenüberliegende Kolbenkammern. Die Druckluft wird über ein Magnetventil gesteuert, das abwechselnd zwischen den Kammern „Öffnen“ und „Schließen“ wechselt:
Wenn Druckluft in die „Öffnungskammer“ gelangt, drückt sie auf den Kolben, wodurch sich der Ventilschaft im Uhrzeigersinn (oder je nach Ausführung gegen den Uhrzeigersinn) dreht, was wiederum die Scheibe dreht und die Rohrleitung öffnet.
Wenn Druckluft in die „Schließkammer“ gelangt, drückt sie den Kolben in die entgegengesetzte Richtung, wodurch der Ventilschaft die Scheibe gegen den Uhrzeigersinn dreht und die Rohrleitung schließt. Merkmale: Bei einem Druckluftverlust bleibt die Scheibe in ihrer aktuellen Position („ausfallsicher“).
3.2 Einfachwirkender Antrieb (mit Federrückstellung)
Der Aktuator verfügt nur über eine Lufteinlasskammer und auf der anderen Seite über eine Rückholfeder:
Wenn Luft strömt: Druckluft gelangt in die Einlasskammer und überwindet die Federkraft, um den Kolben zu drücken, wodurch die Scheibe in die Position „offen“ oder „geschlossen“ gedreht wird.
Bei Luftverlust: Die Federkraft wird freigegeben, wodurch der Kolben zurückgedrückt wird und die Scheibe in die voreingestellte „Sicherheitsposition“ zurückkehrt (normalerweise „geschlossen“, kann aber auch „offen“ ausgeführt sein).
Merkmale: Es verfügt über eine „Fail-Safe“-Funktion und eignet sich für den Einsatz in Anwendungen, die Sicherheitsmaßnahmen erfordern, beispielsweise bei brennbaren, explosiven und giftigen Medien.
4. Vorteile
Pneumatische Absperrklappen eignen sich für einen schnellen Betrieb, da sie normalerweise nur eine Vierteldrehung erfordern, und eignen sich daher für Branchen wie Wasseraufbereitung, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik und chemische Verarbeitung.
- Schnelle Reaktionszeit durch pneumatische Betätigung.
- Niedrige Kosten und vereinfachte Wartung im Vergleich zu elektrischen oder hydraulischen Alternativen.
- Kompaktes und leichtes Design.