Regelventile und Stellventile

Was ist ein Regelventil?

Ein Regelventil, auch als Stellventil oder Regelarmatur bekannt, dient als Stellglied in einem Regelkreislauf. Es ist eine essentielle Komponente zur Absperrung und exakten Regulierung des Durchflusses von Prozessmedien wie Gas, Dampf, Wasser oder chemische Verbindungen. Aber auch in Alltagsanwendungen finden sich diese vielseitigen Ventile, z. B. in Wasserhähnen, Bier-Zapfhähnen oder Heizkörper-Thermostaten.

Definition von Stellventilen nach DIN EN 60534-1

Laut DIN EN 60534-1 wird ein Stellventil als ein mit Hilfsenergie betriebenes Bauteil definiert, das den Durchfluss in einem Prozesssystem reguliert. Es besteht aus einer Armatur, die mit einem Antrieb verbunden ist. Dieser verändert die Position des Drosselkörpers im Ventil, sobald ein Signal ausgelöst wird. Die Aufgabe des Antriebs ist es schließlich, das Signal in eine Bewegung umzuwandeln, wodurch die Position des Drosselkörpers geregelt wird. Das Signal kann pneumatisch, elektrisch, hydraulisch oder eine Kombination daraus sein.

Weitere Bauteile eines Regelventils sind:

• Ventilkörper (Gehäuse)
• Ventiloberteil (Aufsatz)
• Innengarnitur
• Antrieb (pneumatisch, elektrisch, hydraulisch)
• Joch oder Säulen (Zwischenstück)

All diese Komponenten arbeiten zusammen, um einen präzisen und zuverlässigen Durchfluss zu gewährleisten.

Die Rolle des Regelventils im Regelkreis

Regelventile spielen eine entscheidende Rolle in Regelkreisen zur Steuerung und Regelung von Prozessen. Sie erfüllen dabei vor allem zwei Funktionen:

1. Die Regelung des Durchflusses in einem Regelkreis und
2. die Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucks in einem System trotz auftretender Störungen.

Ein Regelventil hat damit immer mit der Energieverteilung innerhalb eines Systems zu tun.

Der Regelkreis – von Führungungsgröße bis Messeinrichtung

Oberstes Ziel bei einer Regelung ist die Konstanthaltung der Regelgröße auf einen vorgegebenen Wert(Bsp. Füllstand, Temperatur oder Druck) entsprechend der Führungsgröße. Dabei müssen zugleich die Einflüsse durch Störgrößen (Bsp. Vorhandene Abläufe, kalte Luft) kompensiert werden. Das gesamte System wird als Regelstrecke bezeichnet.

Der geschlossene Regelkreis besteht aus der Regelstrecke und der Regeleinrichtung. Zur Regeleinrichtung gehören Geräte wie Messfühler, Messumformer, Regler und Stellglieder.

Weitere Bausteine des Regelkreises:

• Stelleinrichtung: Sie liegt zwischen dem Regler und der Regelstrecke und besteht aus einem Steller und einem Stellglied.
• Messeinrichtung: Sie erfasst den Wert der Regelgröße und wandelt ihn in eine Rückführgröße um, die vom Regler ausgewertet wird.
• Regler: Der Regler (z. B. PID-Regler) vergleicht die Rückführgröße mit der Führungsgröße, wodurch die Regeldifferenz herausgelesen wird. Ist eine Differenz vorhanden, passt der Regler automatisch die Reglerausgangsgröße an.
• Reglerausgangsgröße: Die Stelleinrichtung wandelt die Reglerausgangsgröße in eine Stellgröße um, die auf die Regelstrecke wirkt und die Regelgröße beeinflusst.

Ein stabiler Regelkreis ist entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion der Regelung. Dazu muss der Regler an die spezifische Regelstrecke angepasst werden, da dieser unterschiedliche Reaktionszeiten und Auswirkungen auf die Regelgröße aufweisen kann.

Ist ein Regelkreis stabil, liegt die Regelgröße innerhalb des festgelegten Toleranzbereichs um die Führungsgröße. Liegt ein instabiler Regelkreis vor, führt eine Änderung der Führungsgröße oder der Störgrößen zu einem Überschwingen der Regelgröße mit ansteigenden Amplituden.