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ISSN 0943-934 X · K 30285 FISSN 0943-934 X · K 30285 F
VULKAN-VERLAG ESSENVULKAN-VERLAG ESSEN
Ausgabe4/2011
Ausgabe4/2011
http://www.industriearmaturen.dehttp://www.industriearmaturen.de
HOERBIGER Automatisierungstechnik GmbHSüdliche Römerstraße 15
86972 Altenstadt, Deutschland Tel. +49 (0)8861 221-0 / Fax +49
(0)8861 221-1305E-Mail: [email protected] /
www.hoerbiger.com
Simplify your actuators
HOERBIGER Automatisierungstechnik GmbHSüdliche Römerstraße 15
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Kompakte, autonome elektro-hydraulische Armaturenantriebe
MARCUS GRÖDL, BABAK FARROKHZAD
Hydraulische Armaturenantriebe haben auf dem Markt ein
ambivalentes Image. Einerseits begrüßen Anlagenplaner und
Armaturenhersteller ihre Leistungsdichte, ihre hohe Steifi gkeit
und die einfache Integration von Sicherheitsfunktionen.
Andererseits sehen die Benutzer in der Baugröße, der erforderlichen
Verrohrung und der damit verbundenen Probleme hinsichtlich
Zuverlässigkeit und Wartung erhebliche Nachteile. Mit einem neuen
elektrohydraulischen Kompaktaggregat hat HOERBIGER einen
Stellantrieb entwickelt, der ohne Rohrleitungen und zusätzlichen
Installationsaufwand auskommt. Diese Antriebsfamilie vereint die
Stärken der elektrischen und hydraulischen Antriebstechnologien:
hohe Leistungsdichte, die einfache Integration von
Sicherheitsfunktionen sowie eine hohe Steifi gkeit und intelligente
Funktionen.
DIE TECHNOLOGIELÜCKEAutomatisierte Armaturen werden in Anlagen
zum Öff-nen und Schließen von Rohrleitungen sowie zur Steue-rung
des Durchflusses sowohl von unter Druck stehen-den Gasen als auch
von Flüssigkeiten eingesetzt [1, 2]. Als „Muskeln" im Regelkreis
industrieller Prozesse werden automatisierte Armaturen als der
wichtigste Teil [1, 2] gesehen.
Für Anwendungen, bei denen hohe Kräfte oder hohe Drehmomente in
Kombination mit einfacher Re-alisierung von
Sicherheitsanforderungen bzw. hoher Regelgenauigkeit erforderlich
sind, wird der Einsatz von hydraulischen Stellgliedern empfohlen.
Während bei diesen Antrieben die hohe Leistungsdichte, Ro-bustheit
sowie die einfache Realisierung von Failsafe-Funktionen geschätzt
werden, klagen sowohl die Nut-zer als auch die Literatur über die
hohen Kosten, den hohen Stromverbrauch, die höheren Wartungskosten
sowie über Probleme mit Leckagen an den Rohrver-bindungen. Außerdem
dürfen solche Stellglieder nur dann in explosionsgefährdeten
Bereichen installiert werden, wenn jede Einzelkomponente
explosionsge-schützt ist. Dies erhöht deutlich die System- und
Zerti-
fizierungskosten und stellt ein weiteres Hindernis dar für den
Einsatz dieser Stellglieder, vor allem in der Chemie-, Öl- und
Gas-Industrie sowie in Kraftwerken.
Bild 1: Elektrohydraulisches Antriebsaggregat für den
explosionsgeschützen Bereich
2 IndustriearmaturenHeft 4 / 2011
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DIE LÖSUNG: KOMPAKTE ELEKTRO-HYDRAULISCHE ARMATURENANTRIEBE MIT
„ELEKTRISCHEM LOOK AND FEEL” Die oben genannten Nachteile
herkömmlicher elek-trohydraulischer Stellglieder können mit einer
neuen Generation in einer kompakten, verrohrungsfreien und
modularen Bauweise überwunden werden (Bild 1).
Das Konzept von HOERBIGER basiert auf einem hermetisch
geschlossenen Armaturenantrieb, der die einfache Installation eines
elektrischen Antriebs und zugleich die Stärken der hydraulischen
An-triebstechnik aufweist wie beispielsweise ein hohes Drehmoment,
leicht zu realisierende Failsafe-Funk-tionen usw. Die Vorteile der
elektrischen und der hydraulischen Antriebstechnik werden
kombiniert. Das Ergebnis ist ein elektrohydraulisches Stellglied
(Bild 2), das
� kompakt, � einfach zu installieren,� wartungsfrei,�
verrohrungsfrei und zuverlässig ist� und konfigurierbare
Failsafe-Funktionen aufweist.
AUFBAU UND ANKOPPLUNG AN DEN AKTUATORIn dem in Bild 3
dargestellten Aufbau besteht der Ar-maturenantrieb aus der
Kernkomponente, einem elek-trohydraulischen, explosionsgeschützen
Kompaktag-gregat mit den oben beschriebenen
Unterscheidungs-merkmalen zu klassischen hydraulischen Antrieben.
Das Kompaktaggregat wird verrohrungsfrei auf einen
hydraulischen Steilgewindeaktuator montiert. Zur
Ver-vollständigung des Systems kann die elektronische Steuerung
direkt an das System angebaut oder extern in einen bestehenden
Schaltschrank integriert werden.
Das elektrohydraulische Aggregat kann mit den meisten
verfügbaren hydraulischen Aktuatoren kom-biniert werden, um den
Drehmomentbereich bis zu 128 kNm zu erweitern. Als Ergebnis können
Kunden Standardaktuatoren wie gewohnt verwenden und brauchen keine
neuen Arten von Aktuatoren zu in-stallieren.
KOMPAKTHEITDer Armaturenantrieb ist für Anwendungen mit
Drehmomenten von bis zu 64 kNm bzw. 200 kN Kraft bei linearen
Antrieben konzipiert. Das Kom-paktaggregat hat Abmessungen von ca.
500 mm x 300 mm x 300 mm, die etwa vier bis fünf Mal kleiner sind
als ein elektrisches Stellglied für ähnliche Dreh-momente (Bild
4).
EINFACHE INSTALLATIONDie Reduktion der Schnittstellen auf eine
mechanische zur Armatur und eine elektrische zur Prozessleittechnik
ermöglicht eine mit elektrischen Armaturenantrieben vergleichbare
einfache Installation, somit wird kein zentrales Hydraulikaggregat
mit großen Tankbehäl-tern, Speicherelementen und keine
Rohrleitungen benötigt. Durch die einfache Installation, die
aus-schließlich die Versorgung mit elektrischer Energie
voraussetzt, bieten sich die elektrohydraulischen Kom-paktaggregate
besonders für die Automatisierung von entfernt liegenden Armaturen
an.
Bild 3: Elektrohydraulischer Armaturenantrieb mit
Steilgewinde-aktuator
Bild 2: Kompakter, in sich geschlossener Armatu-renantrieb mit
„elektrischem Look and Feel“ vereinfacht drastisch die
Konstruktion, erhöht die Zuverlässigkeit und reduziert den
Wartungsauf-wand in der Anlage
3IndustriearmaturenHeft 4 / 2011
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VERROHRUNGSFREIHEIT: HOHE ZUVERLÄSSIGKEIT UND
WARTUNGSFREIHEITMit der verrohrungsfreien Bauweise des
Armaturenan-triebs (die Baugruppen des hermetisch geschlossenen
Antriebsaggregats sind direkt aufeinander montiert) ist
sichergestellt, dass es keinen Ölaustritt in den De-ckel oder
außerhalb des Deckels gibt. In der gleichen Weise ist das
Kompaktaggregat auf den Aktuator montiert (Bild 5). Dies
gewährleistet einen leckagefrei-en und zuverlässigen Betrieb.
Außerdem schützt die gekapselte Konstruktion die Komponenten im
Inneren
des Armaturenantriebs gegen raue Umwelteinflüsse, wie zum
Beispiel Korrosion.
Das für hydraulische Stellglieder typische Problem interner und
externer Leckagen stellt sich nicht und auch die Energie, die im
Hydraulikspeicher gespei-chert ist, geht nicht mit der Zeit
verloren. Dies allesgewährleistet, dass die Armatur ihre Position
im Betrieb konstant hält.
Durch das dezentrale Konzept wird die hydrau-lische Energie nur
nach Bedarf erzeugt, dadurch werden die Laufzeiten erheblich
reduziert und das
Bild 4: Das modulare Kompaktaggregat lässt sich leicht mit allen
gängigen Aktuatoren verbinden und für alle Failsafe-Funktionen
konfigurieren
Bild 5: Der verrohrungsfreie Aufbau ermöglicht den
wartungsfreien Betrieb
4 IndustriearmaturenHeft 4 / 2011
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REFERENZBEISPIEL: VEREINFACHUNG INSTALLATION IM
KRAFTWERKKonventionell realisierte elektrohydraulische
Arma-turenantriebe sind oft nicht oder nur mit Zusatzauf-wand nach
ATEX zertifizierbar. Demzufolge installie-ren die Anwender diese
Stellglieder außerhalb des Ex-Bereichs. Dazu müssen in erheblichem
Umfang Rohrleitungen verlegt werden: Das Medium muss zur Armatur
aus dem Ex-Bereich heraus und von der Armatur wieder in den
Ex-Bereich zurückgeleitet werden. Dieses Problem wird mit dem
explosionsge-schützten, kompakten HOERBIGER Armaturenantrieb
vermieden.
Aufgrund der ATEX-Austattung und -Zertifizierung kann die
Installation mit den geforderten Sicherheits-funktionen unmittelbar
im explosionsgefährdetem Be-reich erfolgen (Bild 6). Für den Kunden
hat das den Vorteil, dass für seine Anlage eine optimal effiziente
Prozessgestaltung möglich ist und keine zusätzlichen
Konstruktionslösungen für die verfügbaren Armaturen-antriebe
gesucht werden müssen.
REFERENZBEISPIEL: HÖHERE DREHMOMENTRESERVE IN CHEMIEANLAGEFür
den HOERBIGER Armaturenantrieb wurde eine gekapselte Lösung
entwickelt. Sie steht auch in ei-ner IP68-Konfiguration zur
Verfügung. Deshalb kann das Aggregat gut in der chemischen
Industrie in Fer-tigungslinien eingesetzt werden, in denen mit
korro-siven Stoffen gearbeitet wird.
Ein typisches Beispiel ist die Produktion von Salz-säure (Bild
7). Während des Produktionsprozesses verkrustet die Armatur, so
dass ein hohes Losbrechmo-
Hydrauliköl bedeutend weniger belastet. Diese ge-ringere
Belastung ermöglicht den wartungsfreien Betrieb. HOERBIGER hat
erfolgreich mehr als 50.000 elektrohydraulische
Armaturensteuerungen von Schiffs-herstellern ausgestattet, die
schon heute diese Vorteile nutzen.
Bild 7: Zuverlässiger Betrieb von Armaturen zum Beispiel in
Salzsäure-Pipelines. Das hohe Drehmo-ment ermöglicht es, die
Armatur zu betätigen, auch wenn sie durch Verkrustung gehemmt
ist
Bild 6: Reduzierung der Installationskosten von Armaturen mit
Sicherheitsfunktionen in Kraft-werken für fossile Brennstoffe
5IndustriearmaturenHeft 4 / 2011
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ment benötigt wird, um sie zu betätigen. Hier stößt die
Kraft-/Drehmomentleistung der kompakten elek-tromechanischen
Armaturenantriebe an ihre Grenzen. Mit konventionellen
hydraulischen Antriebssystemen würde man zwar dieses Problem lösen,
aber die kor-rosive Umgebung, der die hydraulischen Komponen-ten
ausgesetzt sind, stellt eine ernsthafte Bedrohung für die
mittelfristige Zuverlässigkeit der Armatur dar. Die gekapselte
Bauweise des HOERBIGER Arma-turenantriebs, durch die die
Komponenten und der Antrieb geschützt sind, macht es dagegen
möglich, den Armaturenantrieb in korrosiven Umgebungen zu nutzen
und dabei ein hohes Drehmoment zu errei-chen. So stehen genügend
Leistungsreserven für das Losbrechmoment zur Verfügung.
Andere Anwendungen, bei denen das Stellglied ver-wendet werden
kann, sind:
� Pipelines für Öl und Gas: emissionsfreie und ein-fachere
Realisierung von Failsafe-Funktionen bei On-/Off-Ventilen im
Vergleich zu elektrischen Stell-gliedern
� Ablass- und Speicheranwendungen: höhere Steifig-keit als bei
pneumatischen Stellgliedern und damit eine höhere Präzision bei der
Positionierung zur besseren Regulierung der zu speichernden bzw.
abzulassenden Mengen
� Pumpstationen: On-/Off-Ventile mit höherer Kraft oder höherem
Drehmoment
� Kraftwerke: Regelventile für die Dampfzufuhr zu Turbinen für
eine Installation in explosionsgefähr-deten Bereichen
LITERATUR[1] Baumann, H.-D.: Control Valve Primer: A User’s
Gui-
de, 4. Aufl., Instrumentation, Systems, and Automation Society,
Research Triangle Park, NC, USA, 2009
[2] Ignatowitz, E.: Chemietechnik, 9. Aufl., Verlag Europa
Lehrmittel, Haan, Deutschland, 2009
WEITERE INFORMATIONEN
MARCUS GRÖDLHOERBIGER Automatisierungstechnik GmbH86972
Altenstadt+49 8861 221 [email protected]
DR.-ING. BABAK FARROKHZADHOERBIGER Automatisierungstechnik
Holding GmbH, Tech Gate Stuttgart70563 Stuttgart+49 711 128505125
[email protected]
AUTOREN
6 IndustriearmaturenHeft 4 / 2011
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7IndustriearmaturenHeft 4 / 2011
Firmenname/Ort: HOERBIGER Automatisierungstechnik GmbH, 86972
Altenstadt
Geschäftsführung: Norbert Gauß
Geschichte: Die Initialzündung der Erfolgsgeschichte von
HOERBIGER war 1894 die Patentierung des von Hanns Hörbiger
erfundenen Stahlplattenventils. Seit 1972 wurden im Bereich
Automatisierungstechnik die technologischen Grundlagen der
Piezotechnik für intelligente Stellungsregler und hydraulische
Kompaktaggregate für den Einsatz zur Armaturenbetätigung gesetzt.
Auf dieser Technologiebasis wurde 2009 der innovative,
elektrohydraulische Armaturenantrieb mit ATEX Zulassung für den
Einsatz in der Prozess- und Kraft- werksindustrie vorgestellt.
Konzern: Mit ca. 6700 Mitarbeitern und 1 Mrd. € Umsatz ist der
HOERBIGER Konzern weltweit in führender Position in den
Geschäftsfeldern der Kompressortechnik, Automatisierungstechnik und
Antriebstechnik tätig. Schwerpunkte der Geschäftstätigkeit sind
Schlüsselkomponenten und Serviceleistungen für Kom- pressoren,
Gasmotoren und Turbomaschinen, Hydrauliksysteme und Piezotech-
nologie für den Fertigungs- und Prozessautomation sowie Komponenten
und Systeme zum Schalten und Kuppeln von Antriebssträngen.
Kooperation An der Johannes Kepler Universität in Linz werden am
HOERBIGER Research Institute for Smart Actuators neue Technologien
für intelligente Aktuatoren erforscht. HOERBIGER unterhält darüber
hinaus weitere Kooperationen mit führenden Universitäten im Bereich
der Fluidik und der Umformtechnik.
Mitarbeiterzahl: 309 (Dezember 2010)
Exportquote: ca. 75 %
Produktspektrum: Die HOERBIGER Automatisierungstechnik ist
führender Anbieter intelligenter Aktuatorik in anspruchsvollen
Nischenmärkten:
� IIntelligente Aktuatorik für Armaturen: elektrohydraulisch und
piezopneumatisch � Intelligente Aktuatorik für
Bearbeitungsmaschinen � Hydrauliksysteme für Sonderanwendungen, z.
B. mobile Operationstische
Produktion: HOERBIGER fertigt alle wesentlichen Komponenten und
Systeme im eigenen Haus. Dazu gehören insbesondere Komponenten, die
die Alleinstellungsmerk- male der Aktuatoren begründen:
piezopneumatische Pilotventile und ATEX- Pneumatikventile,
elektrohydraulische Kompaktaggregate, Proportional- und
Regelventile. Ferner fertigt HOERBIGER auch hydraulische
Steuerblöcke, Aggregate und Zylinder.
Wettbewerbsvorteile: HOERBIGER konzentriert sich in der
Automatisierungstechnik auf kundenorien- tierte Lösungen auf Basis
zuverlässiger, leistungsbestimmender, einfacher und energieeffi
zienten Aktuatoren. Diese Aktuatoren haben klare Alleinstellungs
merkmale und verbinden die Vorteile von fl uidischen Aktuatoren mit
denen von elektrischen Systemen.
� Der einfache Aufbau erhöht die Zuverlässigkeit � Die Reduktion
der Schnittstellen ermöglicht die einfache Installation � Hohe
technische Performance führt zu hoher Energieeffi zienz
Zertifi zierung: ISO 9001/2008, ATEX Zertifi zierung nach
Richtlinie 94/9/EG, Druckgeräte Zertifi zierung nach Richtlinie
97/23/EG.
Servicemöglichkeiten: Als Partner der Öl-, Gas- und
Prozessindustrie ist HOERBIGER seit Jahren international mit
insgesamt 180 Produktionsstandorten und Servicegesellschaf- ten
vertreten.
Internetadresse: www.hoerbiger.com
Ansprechpartner: David Penny, Head of Global Sales,
Unternehmensbereich Automatisierungs technik, +49 162 277 7551,
[email protected]
HOERBIGER Automatisierungstechnik
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HOERBIGER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK GmbHSüdliche Römerstraße
1586972 Altenstadt, Deutschland
Telefon: +49 (0)8861 221-0Telefax: +49 (0)8861 221-1305E-Mail:
[email protected]
Die HOERBIGER Automatisierungs-
technik ist ein Unternehmensbereich
der HOERBIGER Holding AG, Zug /
Schweiz. HOERBIGER ist weltweit in
führender Position in den Geschäfts-
feldern der Kompressortechnik, Automa-
tisierungstechnik und Antriebstechnik
tätig. 6.700 Mitarbeiter erzielten 2010
einen Umsatz von rund 950 Millionen
Euro. Schwerpunkte der Geschäftstä-
tigkeit sind Schlüsselkomponenten und
Serviceleistungen für Kompressoren,
Gasmotoren und Turbomaschinen,
Hydrauliksysteme und
Piezotechnologie für den
Fahrzeug- und
Maschinenbau sowie
Komponenten und Systeme
zum Schalten und Kuppeln von
Antriebssträngen verschiedenster
Fahrzeugtypen. Mit Innovationen in
attraktiven technologischen Nischen-
märkten setzt der HOERBIGER Konzern
Standards und schafft damit hoch-
wertige Alleinstellungsmerkmale mit
nachhaltigem Kundennutzen.
HOERBIGER -Wir setzen StandardsWo immer wir tätig sind, setzen
wir mit leistungsbestimmenden Komponenten, Systemlösungen und
Serviceleistungen Standards - und erhöhen damit die Effizienz
des Kapitaleinsatzes bei hochwertigen Investitionsgütern.
