Pneumatikschulung

Kapitel 12 - Anspruchsvolle Umgebungsbedingungen

Teil 1: Kälte, Wärme, Nässe und Staub

Oft stellen uns die Umgebungsbedingungen vor besondere Herausforderungen. Im Gegensatz zur herkömmlichen Industriepneumatik sind hier zahlreiche Faktoren zu beachten. Wir betrachten folgende Bedingungen:

  • 1. Kalte, frostige Umgebung
  • 2. Warme Umgebung
  • 3. Nasse und staubige Umgebung

1. Kalte, frostige Umgebung

In Kapitel 2 haben wir uns bereits mit der richtigen Luftaufbereitung befasst. Bei Temperaturen von unter 0°C ist die Trocknung der Druckluft essentiell. Dabei muss insbesondere der Taupunkt beachtet werden. Als Taupunkt, oder auch Taupunkttemperatur, wird die Temperatur bezeichnet, bei der sich auf einem Gegenstand ein Gleichgewichtszustand von kondensierendem und verdunstendem Wasser einstellt. Mit anderen Worten: Die Kondensatbildung setzt gerade ein. Am Taupunkt beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100 % und die Luft ist mit Wasserdampf (gerade) gesättigt. Im Bereich unter 0°C spricht man auch vom Frostpunkt. Wenn Luft komprimiert wird, steigt der relative Anteil der enthaltenen Stoffe, somit auch des Wassers. Wasser fällt aus. Der Luftdruck hat folglich einen elementaren Einfluss.

Sättigungsmenge von Wasserdampt in der Luft

Wichtig zu beachten: Der Taupunkt der Druckluft muss 15°C unterhalb der Umgebungstemperatur liegen. Nur dann kann die Druckluft beim Komprimieren den Wasseranteil halten. Ansonsten gibt die Druckluft Wasserpartikel in die Leitungen, Ventile oder Aktuatoren ab, welches dann gefriert und zu Ausfällen oder starken Leckagen führen kann. Die Auswahl eines adäquaten Trockners ist Voraussetzung für einen fehlerfreien Betrieb der Anlage. Wir empfehlen die Verwendung eines Adsorptionstrockners. Bitte beachten Sie die Angabe zum Taupunkt des Trockners, der mindestens 15°C unterhalb der Umgebungstemperatur liegen sollte!

Beispiel:

Wenn wir in der Betriebsanleitung bzw. im Katalog angeben, dass der Taupunkt 15° C unter der aktuellen Temperatur liegen muss, bedeutet dies, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Druckluft deutlich kleiner als 100 % sein muss. Kondensatbildung und Einfrieren werden dadurch vermieden.

Taupunkt


Die HAFNER-Tieftemperaturventile enthalten ein Spezialfett, wodurch die Ventile bei -40 °C oder sogar -50 °C eingesetzt werden können. Auf eine eigene Schmierung oder Ölung der Druckluft sollte verzichtet werden, da das zu Leckagen oder Fehlfunktionen führen kann. Aufgrund der niedrigen Temperaturanforderung sind die Ventile der TT-Serie mit speziellen PUR-Lippendichtringen ausgestattet, bei denen der Druckanschluss nur an Anschluss 1 möglich ist. Optional ist ein weiteres Dichtsystem verfügbar, bei dem der Druckanschluss auch an anderen Anschlüssen möglich ist. Bitte kontaktieren Sie uns für weitere Informationen. Unterhalb von -40 °C kann die Leckage des Ventils auf 10 cm3/Minute steigen.

Die Typnummer der Tieftemperaturventile endet auf „TT“ beziehungsweise „AIR TT“ (optionales Dichtsystem):

  • BR 311 701 TT
  • HV 511 701 TT
  • MH 510 701 G TT
  • MNH 510 701 TT

Insbesondere die Materialauswahl für die Dichtelemente ist bei Tieftemperaturanwendungen entscheidend. PUR, Silikone und Tieftemperatur-NBR eignen sich besonders gut. Außerdem spielt die Geometrie der Dichtungen eine wichtige Rolle.
Die Teile der kältebeständigen Zylinder bestehen in der Regel aus rostfreiem Stahl, eloxiertem Aluminium, Sinterbronze oder Messing. Die Dichtungen sind aus Polyurethan und NBR. Unter -20 °C erhärten die normalen NBR-Dichtungen und verlieren das Dichtvermögen, wodurch der Zylinder undicht wird. Zylinder, die bei hohen Temperaturen verwendet werden, sind in der Regel mit FKM-Dichtungen ausgestattet, die sich allerdings nicht für Temperaturen unter 0 °C eignen.
Unsere Luftaufbereitungseinheiten sind bis -10 °C einsetzbar. Es ist wichtig, dass die im Filterbecher gesammelte Feuchtigkeit nicht gefriert, da das Eis den Behälter beschädigen kann. Daher wird bei Temperaturen unter 0°C empfohlen, einen Filter mit automatischer Entleerung einzusetzen.

Aber nicht nur Hauptkomponenten, wie Ventile und Zylinder, müssen den extremen Temperaturen standhalten, sondern auch die „Übertragungselemente“. Hierzu zählt insbesondere der Druckluftschlauch. Die folgende Tabelle zeigt den Temperaturbereich der einzelnen Schläuche und Verschraubungen.

Temperaturtabelle


2. Warme Umgebung

Warme Umgebungsbedingungen treten nicht nur in Produktionsprozessen mit hohen Temperaturen auf, sondern auch in besonders warmen Gebieten der Erde. Vor allem bei Anwendungen mit direkter Sonneneinstrahlung können hier schnell die üblichen Temperaturbereiche überschritten werden. Bei den Produkten ist daher die richtige Auswahl der Gummi- und Plastikkomponenten essentiell. Pneumatikventile sind mit verschiedensten Dichtmaterialien erhältlich, z.B. NBR, PUR, FKM/FPM oder EPDM. Dichtungen aus FKM und FPM eignen sich sehr gut für heiße Umgebungen. Der Grundstoff dieser Dichtungen (Fluorkautschuk/ Fluorelastomer) ist identisch. Die Bezeichnungen sind auf die unterschiedlichen Normen zurückzuführen. Während die FPM-Bezeichnung der Norm DIN-ISO entspricht, entspricht die FKM-Bezeichnung der amerikanischen Norm ASTM. Hinweis: Oftmals wird Viton als Synonym für FKM/FPM verwendet, wobei Viton® eine von DuPont (Chemours) eingetragene und geschützte Marke ist.

Große Herausforderung: Magnetventile für Hochtemperaturanwendungen

Es ist einfacher, reine Pneumatikventile für Hochtemperaturanwendungen zu konstruieren als Magnetventile. Die elektrische Betätigung des Magneten erzielt zusätzliche Wärme. Die meisten Magnetsystemhersteller limitieren ihre Systeme daher auf +50°C/+60°C. Durch die Auswahl wärmebeständiger Materialien kann HAFNER jedoch Magnetventile für +80°C (DC-Anwendungen) anbieten. Ventile ohne Elektrik sind bis +120°C verfügbar.

Sollte ein Magnetventil in einem Bereich über +80°C benötigt werden, besteht die Möglichkeit, dieses durch ein reines Pneumatikventil zu ersetzen. Die Ansteuerung des Pneumatikventils kann dann wiederum über ein Magnetventil erfolgen, das außerhalb des Bereiches installiert ist.

Achten Sie zudem beim Bau von Schaltschränken darauf, dass nicht zu viele Magnetventile in einem kleinen Schrank untergebracht werden. Die Magnete erwärmen den Schrank, da der größte Teil des Stromverbrauchs in Wärme umgewandelt wird. Dies kann zum Ausfall von Ventilen sowie anderen elektrischen und elektronischen Bauteilen führen. Ein Belüftungssystem kann Abhilfe schaffen.

Bei der Spezifikation von Magnetventilen für Hochtemperaturanwendungen spielen die Voltage und die maximale Einschaltdauer eine entscheidende Rolle. AC-Magnete erhitzen sich stärker als DC-Magnete. Die Einschaltdauer (ED) bezeichnet das maximal zulässige Betriebsintervall eines Betriebsmittels. Danach hat eine Ruhephase zu erfolgen, um das Betriebsmittel nicht zu beschädigen oder zu zerstören. Die Nennbetriebsarten sind u. a. in der DIN VDE 0530-1 festgelegt.

100%ED Spulen


Die Typnummer der hitzebeständigen HAFNER-Ventile endet auf „HT“ (Magnetventile) beziehungsweise „VIT“ (Ventile ohne Elektrik):

  • MH 311 015HT
  • MNH 520 121HT
  • P 510 701VIT
  • HVR 520 701 VITVIT


3. Nasse und staubige Umgebung: Der IP-Schutz

Magnetspulen und elektrische Anschlüsse müssen vor Staub und Wasser geschützt werden. Der IP-Schutz (International Protection Marking) weist auf die internationalen Schutzarten hin. Hiermit wird die Art der Umhüllung (Gehäuse) zum Schutz der Stromkreise elektrischer Geräte gegen verschiedene Umgebungsbedingungen angegebem. IP-Schutzarten sind in der Norm IEC 60529:1989 beschrieben.

IP Tabelle

Einige Beispiele:

  • IP65: vollständig staubgeschützt UND geschützt bei Strahlwasser mit niedrigem Druck von allen Seiten
  • IP66: vollständig staubgeschützt UND geschützt bei starkem Strahlwasser und Eintauchen in Wasser
  • IP67: vollständig staubgeschützt UND geschützt bei zeitweiligem Eintauchen in Wasser
  • IP68: vollständig staubgeschützt UND Dauereinsatz unter Wasser in einer Tiefe von 1 bis 3 Meter für 30 Minuten möglich (wird aber von den Herstellern einzeln bestimmt)
  • IP69: vollständig staubgeschützt UND Dauereinsatz unter Wasser in einer Tiefe von höchstens 3 Metern für 1 Stunde möglich

Bitte beachten Sie, dass eine höhere IP-Schutzklasse nicht automatisch die niedrigeren IP-Schutzarten miteinschließt. Beispiel: Ein Ventil mit IP67-Schutz ist nicht automatisch auch für IP66 geeignet.

IP-Schutz für HAFNER-Magnetsysteme:

Die HAFNER-Ventile werden in der Regel mit Schutzart IP65 geliefert. Weitere Schutzarten gemäß untenstehender Tabelle und auf Anfrage.

IP65-IP67 Tabelle

Zum Schutz in sehr feuchten und schmutzigen Umgebungen empfehlen wir den Einsatz zusätzlicher Rückschlagverschraubungen in den Abluftanschlüssen. Diese Lösung ist für die Abluftanschlüsse 3 und 5 sowie für das Magnetsystem erhältlich.

Schutz des Magnetsystems, Typ MSR:

Rückschlagverschraubung

Schutz für die Abluftanschlüsse, Typ ESR:

Rückschlagverschraubung