6 entscheidende Auswahlfaktoren für Proportionalventile, die die Systemreaktion um 40 % verbessern

Ein Proportionalventil kann ein Pneumatiksystem schneller reagieren lassen, aber keine Ventilspezifikation garantiert eine Verbesserung um 40 %. Dieser Wert muss aus einem kontrollierten Vergleich an derselben Maschine stammen. Last, Verschlauchung, Druck, Sollwertsprung, Sensorposition, Reglereinstellungen und Annahmegrenzen müssen vor und nach der Änderung gleich bleiben.

Die Ventilauswahl ist dennoch wichtig. Ein ungeeignetes Ventil kann bereits vor dem erforderlichen Durchfluss in Sättigung gehen, schnell reagieren, während der Zylinder langsam bleibt, bei steigenden und fallenden Sollwerten unterschiedliche Ausgänge liefern oder nach Signalausfall einen unsicheren Zustand einnehmen. Ein passend ausgewähltes Ventil beseitigt einen Engpass, ohne einen anderen zu verdecken.

Die MPYE-Familie von Festo veranschaulicht die Bandbreite innerhalb einer Baureihe proportionaler Wegeventile: Der Nenndurchfluss reicht von 100 bis 2.000 L/min, die modellabhängige 3-dB-Grenzfrequenz von 70 bis 115 Hz (Festo MPYE-Datenblatt, 2025). Die folgenden sechs Faktoren zeigen, wie sich diese Angaben vergleichen lassen, ohne einen Katalogwert zu einem Versprechen für die gesamte Maschine zu machen.

Wichtigste Erkenntnisse

• Behandeln Sie 40 % als gemessenes Projektergebnis und nicht als allgemeinen Ventilvorteil.
• Wählen Sie Druck-, Durchfluss- oder Richtungsregelung, bevor Sie Reaktionsdaten vergleichen.
• Prüfen Sie die Kapazität sowohl in Versorgungs- als auch in Abluftrichtung.
• Vergleichen Sie Hysterese, Signale, Ausfallzustand, EMV und Umgebungsgrenzen unter angegebenen Bedingungen.

Können sechs Ventilfaktoren die Reaktion wirklich um 40 % verbessern?

SMC nennt für seinen kompakten ITV-Regler ohne Last eine Reaktionszeit von 0,1 s und weist darauf hin, dass dieser Wert wegen des Einflusses der Betriebsbedingungen nicht garantiert wird (SMC ITV-Katalog, 2024). Eine Verbesserung um 40 % ist nur dann glaubwürdig, wenn ein wiederholbarer Vorher-Nachher-Test sie nachweist.

Definieren Sie zuerst die Reaktionskenngröße. Dies kann die Einschwingzeit vom Sollwertsprung bis zum Druck, vom Sollwertsprung bis zum Durchfluss, die Zylinderhubzeit oder die Zeit vom Befehl bis zum Erreichen des Positionsfensters sein. Diese Messungen enden an unterschiedlichen Stellen der Regelkette. Sie können nicht gegeneinander ausgetauscht werden, ohne die Aussage zu verändern.

Für eine Reaktionszeit-Kenngröße wird die Verbesserung so berechnet:

Dabei ist $I_t$ die gemessene Verbesserung, $t_0$ die Ausgangsreaktionszeit und $t_1$ die Reaktionszeit nach der Änderung. Beide Zeiten müssen denselben Starttrigger, dieselbe Endschwelle, Sollwertamplitude, Last, denselben Versorgungsdruck, dieselbe Verschlauchung, Temperatur und Abtastrate verwenden.

Eine Verringerung von einer hypothetischen Ausgangszeit von 100 ms auf 60 ms ergibt rechnerisch 40 %. Diese Rechnung belegt nicht, dass ein bestimmtes Ventil dieses Ergebnis liefert. Sie zeigt nur, wie ein Messwert eindeutig angegeben wird.

Die nützlichste Verbesserungsangabe nennt ihre Messgrenze. „Die Reaktion des Ventilschiebers wurde um 40 % verbessert“ kann die Zylinderbewegung unverändert lassen. „Die Zeit vom Befehl bis zum Erreichen des Positionsfensters wurde bei Produktionslast um 40 % verbessert“ umfasst mehr vom System, muss jedoch auch Einschwingtoleranz, Überschwinggrenze und Prüfbedingungen angeben.

Faktor 1: Das Regelziel kommt vor dem Ventiltyp

ISO 10041-1 legt Merkmale für Herstellerunterlagen zu elektropneumatischen stetigen Durchfluss-Regelventilen fest, ISO 10094-1 behandelt elektropneumatische Druckregelventile (ISO 10041-1, 2010; ISO 10094-1, 2021). Diese Trennung ist wichtig, weil Geschwindigkeit, Druck, Kraft und Position unterschiedliche Ventil- und Rückführungsarchitekturen erfordern.

Beginnen Sie mit der Prozessgröße, die geregelt werden muss:

Prozessziel	Typische proportionale Komponente	Durch den elektrischen Befehl veränderte Größe	Erforderliche Rückführung für einen geschlossenen Prozessregelkreis
Einstellbarer Druck	Proportional-Druckregler	Geregelter Ausgangsdruck	Drucksensor, häufig intern
Einstellbare Zylindergeschwindigkeit	Proportional-Durchflussventil	Drosselquerschnitt oder Soll-Durchfluss	Positions- oder Geschwindigkeitssensor, wenn lastunabhängige Geschwindigkeit erforderlich ist
Bewegung in zwei Richtungen	Proportional-Wegeventil	Richtung und Drosselöffnung	Positions- oder Geschwindigkeitssensor für die geschlossene Bewegungsregelung
Geregelte Kontaktkraft	Druckregler oder Wegeventil in einer Kraftregelung	Druck oder Anschlussöffnung	Kraftaufnehmer oder Kraftsensor, wenn die tatsächliche Kraft geregelt werden muss

Ein Proportional-Druckregler kann den Druck an seinem Sensor regeln. Er regelt die Zylinderkraft nicht unmittelbar, weil Kolbenfläche, Druck in der Gegenkammer, Dichtungsreibung, Kinematik und Kontaktbedingungen außerhalb seines internen Regelkreises liegen. Der Leitfaden zu Proportional-Druckreglern erläutert diese Grenze ausführlich.

Ein Proportional-Durchflussventil kann den Geschwindigkeitsverlauf beeinflussen, doch bei offener Steuerkette verändert sich die Geschwindigkeit weiterhin mit Last, Druckverhältnis, Reibung und Abluftgegendruck. Ein Proportional-Wegeventil kann beide Antriebskammern dosieren, aber eine wiederholgenaue Positionierung im Hub erfordert in der Regel eine kontinuierliche Positionsrückführung und einen Regler.

Diese erste Entscheidung verhindert einen kostspieligen Kategorienfehler. Benötigt der Prozess Position, erzeugt der Kauf eines schnellen Druckreglers keinen Positionsregelkreis. Benötigt er Druck, kann ein hochdynamisches Wegeventil zusätzliche Komplexität schaffen, ohne die geregelte Größe zu messen.

Faktor 2: Welchen Durchfluss muss das Ventil bewältigen?

Festo nennt für fünf Nenngrößen der MPYE-Baureihe Nenndurchflüsse von 100, 350, 700, 1.400 und 2.000 L/min (Festo MPYE-Datenblatt, 2025). Diese Werte zeigen, weshalb das Anschlussgewinde allein keine Kapazitätsangabe ist. Wählen Sie anhand von Durchflussdaten aus, die bei angegebenem Druck und festgelegten Referenzbedingungen gemessen wurden.

Das Ventil muss eine Antriebskammer füllen, während die gegenüberliegende Kammer entlüftet. Beide Pfade beeinflussen die Reaktion. Eine große Versorgungsöffnung kann einen gedrosselten Schalldämpfer, einen zu kleinen Abluftkanal, einen engen Schlauch, einen langen Ventilinselkanal oder einen kleinen Zylinderanschluss nicht ausgleichen.

Prüfen Sie bei einem Druckregler Vorwärts- und Entlüftungskennlinie getrennt. Ein Regler, der schnell füllt, kann den Druck langsam abbauen, wenn seine Abluftkapazität begrenzt ist. Vergleichen Sie bei einem Wegeventil das Drosselverhalten um die Mittelstellung ebenso wie den Maximaldurchfluss. Prüfen Sie bei einem Zweiwege-Durchflussventil, ob die veröffentlichte Kennlinie für die benötigte Richtung gilt.

ISO 6358-1 beschreibt stationäre Prüfverfahren für Pneumatikkomponenten mit kompressiblen Fluiden und kennzeichnet Durchflusseigenschaften, statt Luft wie eine inkompressible Flüssigkeit zu behandeln (ISO 6358-1, 2013, mit Änderungen von 2020 und 2026). Nutzen Sie, sofern verfügbar, die Herstellerangaben zu Schallleitwert, kritischem Druckverhältnis, Normdurchfluss oder erklärten Druck-Durchfluss-Kennlinien.

Ordnen Sie pneumatische Proportionalventile nicht anhand eines einzelnen Cv-Werts, sofern beide Anbieter nicht dasselbe Medium, denselben Referenzzustand, dasselbe Druckverhältnis, dieselbe Richtung und denselben Ventilbefehl definieren. Die einfache Flüssigkeitsbeziehung, die häufig mit Cv verbunden wird, bildet weder gesperrte Gasströmung noch veränderliche Dichte oder die befehlsabhängige Öffnung eines stetig arbeitenden Ventils ab.

Die Prüfung des erforderlichen Durchflusses sollte Folgendes umfassen:

• den während der Bewegung am Ventil minimal verfügbaren Druck;
• den nachgeschalteten oder Abluftdruck bei Spitzendurchfluss;
• Innendurchmesser und Länge von Schläuchen, Verschraubungen, Ventilinseln und Schalldämpfern;
• das Volumen der Antriebskammer über den gesamten Hub;
• die erforderliche Bewegungszeit und zulässige Beschleunigung;
• gleichzeitigen Bedarf anderer Zweige;
• Versorgungs- und Abluftverhalten im tatsächlich genutzten Sollwertbereich.

Bleibt die Zylinderreaktion nach Einbau eines größeren Ventils langsam, kann die nächste Drosselstelle in der Verschlauchung oder am Antriebsanschluss liegen. Die Analyse von Zylinderreaktionszeit und Totvolumen hilft, diese Verzögerungen zu trennen.

Faktor 3: Welche dynamische Spezifikation ist maßgeblich?

Festo nennt für MPYE-Modelle 3-dB-Grenzfrequenzen von 70, 80, 95 und 115 Hz, während SMC für einen ITV ohne Last eine Reaktionszeit von 0,1 s angibt (Festo MPYE-Datenblatt, 2025; SMC ITV-Katalog, 2024). Diese Zahlen beschreiben unterschiedliche Ventile, Ausgänge und Prüfungen und sind daher keine austauschbaren Rangwerte.

Fragen Sie, was sich bewegt hat und was gemessen wurde. Eine Grenzfrequenz für den Ventilschieber ist nicht die Bandbreite der Zylinderposition. Die Ausgangsdruckreaktion eines Reglers ist nicht die Reaktion seines internen Ankers. Die Positionierzeit einer Maschine umfasst Ventilverzögerung, Luftausbreitung, Kammerfüllung, Lastbeschleunigung, Reibung, mechanisches Einschwingen, Sensorik und SPS-Logik.

Ein vergleichbarer Sprungantwort-Nachweis benötigt mindestens:

1. Ventilmodell, Größe, Firmware und Reglerkonfiguration.
2. Eingangstyp, Anfangs- und Endbefehl sowie Befehlsrichtung.
3. Versorgungsdruck, nachgeschalteten Druck und Abluftbedingung.
4. Angeschlossenes Volumen, Schlauchlänge, Schlauchinnendurchmesser, Antrieb und Nutzlast.
5. Gemessene Ausgangsgröße und Sensorposition.
6. Abtastrate, Filterung, Starttrigger und Zeitnullpunkt.
7. Definitionen für Verzögerung, Anstiegszeit, Überschwingen und Einschwingband.
8. Temperatur- und Luftqualitätsbedingungen.

Das Überschwingen kann wie folgt angegeben werden:

Dabei ist $M_p$ das prozentuale Überschwingen, $y_{\mathrm{peak}}$ die maximale Antwort nach dem Sprung und $y_{\mathrm{initial}}$ sowie $y_{\mathrm{final}}$ die angegebenen stationären Werte. Für jeden Kandidaten müssen dieselbe Definition, Filterung, dasselbe Beobachtungsfenster und dieselbe Befehlsrichtung verwendet werden.

Das schnellste Ventil ist nicht immer die beste Wahl. Ein hochdynamisches Ventil kann Druckschwingungen, mechanische Resonanzen, Sensorrauschen oder Grenzen der Reglereinstellung sichtbar machen. Wählen Sie ausreichende Dynamik für das benötigte Profil und validieren Sie danach die vollständige Pneumatikachse.

Faktor 4: Wie beeinflussen Hysterese und Totzone die Reaktion?

Festo gibt für MPYE eine maximale Hysterese von 0,4 % bezogen auf den maximalen Schieberweg an, während SMC für PVQ eine Durchflusshysterese von höchstens 10 % nennt (Festo MPYE-Datenblatt, 2025; SMC PVQ-Katalog, abgerufen 2026). Die Prozentwerte beziehen sich auf unterschiedliche Messausgänge und dürfen nicht wie dieselbe Spezifikation verglichen werden.

Hysterese fragt, ob der Ausgang bei demselben Befehl unterschiedlich ist, je nachdem, ob der Befehl von oben oder unten angenähert wird. Totzone fragt, wie weit sich der Eingang ändern kann, bevor eine definierte Ausgangsreaktion eintritt. Linearität vergleicht eine gemessene Kennlinie mit einer festgelegten Bezugslinie. Wiederholgenauigkeit misst die Übereinstimmung wiederholter Annäherungen unter gleichen Bedingungen.

Jeder Begriff kann die Reaktion anders beeinflussen:

Merkmal	Reaktionssymptom	Anzufordernder Nachweis
Hysterese	Unterschiedlicher Druck, Durchfluss oder Schieberweg bei demselben steigenden und fallenden Sollwert	Vollständige Auf- und Abwärtskennlinie, Ausgangsgröße, Normierungsbasis
Totzone	Verzögerung oder keine Reaktion um Nullstellung oder Umkehr	Schwellendefinition, positive und negative Richtung
Linearität	Die Befehlsverstärkung ändert sich über den Bereich	Bezugslinienverfahren und Messkennlinie
Wiederholgenauigkeit	Die Reaktion ändert sich bei wiederholten identischen Befehlen	Versuchszahl, Richtung, Bedingungen und statistische Größe
Auflösung oder Empfindlichkeit	Kleine Befehle verschwinden in Quantisierung oder Rauschen	Eingangsschritt, Ausgangsschwelle, Filterung und Messtechnik

Der spezielle Leitfaden zu Hysterese und Linearität zeigt, weshalb Prozentangaben eine gemeinsame Prüfbasis benötigen. Nutzen Sie diese Analyse, statt alle nichtlinearen Effekte unter dem Wort Genauigkeit zu verbergen.

Eine Kompensation der Totzone muss der Ventil- und Reglerdokumentation folgen. Ein fester Offset kann bei einer reproduzierbaren Schwelle helfen, ein zu großer Offset kann jedoch einen Befehlssprung oder Grenzzyklus erzeugen. Externes Dither kann mit interner Stromregelung, eingebauter Kompensation oder thermischen Grenzen kollidieren. Verwenden Sie keinen allgemeingültigen Prozentsatz und keine allgemeingültige Frequenz.

Eine interne Schieberrückführung kann den Fehler zwischen Befehl und Schieberweg verringern, misst jedoch weder nachgeschalteten Druck, Massenstrom, Zylindergeschwindigkeit noch Werkstückposition. Der Leitfaden zur Schieberpositionsrückführung trennt den internen Ventilregelkreis vom äußeren Maschinenregelkreis.

Ein nichtlineares, aber reproduzierbares Ventil lässt sich kennzeichnen und regeln. Ein Ventil, dessen Reaktion sich mit Richtung, Temperatur, Verschmutzung oder Druck ändert, ist schwerer zu kompensieren, weil ein Befehl nicht mehr zuverlässig einem Ausgang entspricht. Stabilität über die Betriebsbedingungen kann wichtiger sein als eine attraktive Reaktionszeit an einem einzelnen Betriebspunkt.

Faktor 5: Signal, Rückführung und Ausfallzustand

MPYE-Modelle von Festo akzeptieren je nach Ausführung Sollwerte von 0 bis 10 V oder 4 bis 20 mA, arbeiten mit 17 bis 30 V DC und erlauben 5 % Restwelligkeit (Festo MPYE-Datenblatt, 2025). Ein passender Stecker genügt nicht; Signalskalierung, Erdung, Diagnose, Verhalten bei Unterbrechung und verfügbare Rückführung müssen ebenfalls zur Steuerung passen.

Ein Spannungsbefehl ist einfach, doch Spannungsabfall, Masseversatz und eingekoppeltes Rauschen können den am Ventil anliegenden Wert verändern. Eine Stromschleife reagiert in der Regel weniger empfindlich auf Spannungsabfall und erleichtert die Erkennung einer Unterbrechung, dennoch müssen SPS-Ausgang, Ventileingangsimpedanz, Verdrahtung und Fehlerschwellen bestätigt werden.

Prüfen Sie vor der Bestellung folgende elektrische Felder:

• Versorgungsspannungsbereich und Einschalt- oder Dauerstrom;
• Art, Skalierung, Impedanz und Polarität des analogen Befehls;
• Anordnung von Befehlspotenzial und Leistungsmasse;
• zulässige Restwelligkeit und Störung;
• Steckerbelegung und Schirmanbindung;
• Istwertausgang, Diagnoseausgang oder Feldbusobjekte;
• Verhalten unterhalb und oberhalb des gültigen Sollwertbereichs;
• Verhalten nach Sollwertausfall, Spannungsausfall, Übertemperatur oder internem Fehler.

Der Begriff Rückführung kann irreführen. Ein Ventil kann einen internen Regelkreis um Schieberposition oder Ausgangsdruck schließen, ohne den Istwert der SPS bereitzustellen. Ein separater Analogmonitor kann eine Prozessgröße melden, ohne an der Regelung beteiligt zu sein. Fordern Sie Schnittstellenplan und Objektliste an und verlassen Sie sich nicht auf die Bezeichnung „Closed Loop“ in der Produktbeschreibung.

Der Ausfallzustand muss mechanisch und pneumatisch geprüft werden. Festo gibt in den zitierten Zuverlässigkeitsdaten an, dass MPYE bei Unterbrechung der Versorgungsleitung in die geschlossene Mittelstellung fährt. Dieses Komponentenverhalten beweist jedoch nicht, dass ein Antrieb sicher stoppt oder eine Last hält. Eingeschlossene Luft, Leckage, äußere Kräfte, Ventilüberdeckung und gespeicherte Energie bleiben Angelegenheiten der Maschinenebene.

Definieren Sie bei sicherheitsbezogenem Verhalten die erforderliche Risikominderungsfunktion unabhängig. Ein normaler Proportional-Steuerkanal, ein Rückführungssignal oder eine EMV-Erklärung ist nicht automatisch eine Sicherheitsfunktion.

Faktor 6: Welche Umgebungs- und EMV-Nachweise sind erforderlich?

Festo gibt für den MPYE-Betrieb IP65, eine Umgebungstemperatur von 0 bis 50 °C und Druckluftqualität nach ISO 8573-1 Klasse 6:4:4 an (Festo MPYE-Datenblatt, 2025). Diese Grenzen beeinflussen Reaktion und Zuverlässigkeit bereits vor der EMV-Betrachtung. Die Umgebungsprüfung muss daher Luft, Temperatur, Eindringschutz, Schwingung, Verdrahtung und elektrische Störungen umfassen.

IEC 61000-6-2:2016 ist die allgemeine Störfestigkeitsnorm für Industriebereiche, wenn keine einschlägige Produkt- oder Produktfamiliennorm vorhanden ist (IEC 61000-6-2, 2016). IEC 61000-4-3 behandelt die Störfestigkeitsprüfung gegen hochfrequente elektromagnetische Felder, IEC 61000-4-4 schnelle elektrische Transienten beziehungsweise Burst (IEC 61000-4-3, 2020; IEC 61000-4-4, 2012).

Diese Dokumente der Reihe IEC 61000-4 beschreiben Prüfverfahren. Sie legen Prüfpegel und Abläufe fest, doch die anzuwendende Produkt- oder Grundnorm bestimmt, welche Prüfungen, Anschlussbedingungen, Pegel und Leistungskriterien erforderlich sind. Vermeiden Sie eine unklare Forderung wie „EMV-Ventil Stufe 4“.

Fordern Sie stattdessen vom Lieferanten:

1. Konformitätserklärung und tatsächlich angewandte Normen.
2. Genauen Produktcode und erfasste Elektronikversion.
3. Anschlussspezifische Prüfpegel für Gehäuse-, Netz-, Signal- und Kommunikationsanschlüsse.
4. Leistungskriterien während und nach jeder Störung.
5. Bei der Prüfung verwendete Kabelart, Länge, Schirmung, Erdung und externe Filter.
6. Alle Installationsbeschränkungen, die zur Aufrechterhaltung der Konformität erforderlich sind.

Die Konformität des Ventils begründet nicht die Konformität der Maschine. Lange Analogkabel, gemeinsame Netzteile, Schweißströme, Frequenzumrichter, mangelhafte Schirmanbindung und Erdpotenzialunterschiede können das installierte System beeinträchtigen. Die vollständige Maschine benötigt ein zu Markt und Risiko passendes EMV-Konzept und Validierungsverfahren.

Auch pneumatische Bedingungen sind relevant. Verschmutzung kann die Reibung erhöhen und die Totzone verändern. Temperatur beeinflusst Spulenwiderstand, Dichtungsverhalten, Elektronik und Luftdichte. Schwankender Versorgungsdruck verändert die Durchflussreserve. Eine Reaktionsspezifikation muss deshalb über den erwarteten Betriebsbereich und nicht nur an einem Labor-Mittelpunkt geprüft werden.

Vergleichsmatrix für Lieferanten anhand von sechs Faktoren

Eine MPYE-Produktfamilie von Festo umfasst fünf Nenndurchflüsse, zwei gängige Sollwerttypen, vier aufgeführte 3-dB-Frequenzwerte und eine angegebene maximale Schieberweghysterese von 0,4 % (Festo MPYE-Datenblatt, 2025). Eine zweckmäßige Lieferantenmatrix hält diese Felder getrennt, statt sie unter „schnell und genau“ zusammenzufassen.

Auswahlfaktor	Lieferant A	Lieferant B	Annahmenachweis
1. Regelgröße und Ventiltyp	Druck, Durchfluss oder Richtung	Druck, Durchfluss oder Richtung	Funktionsplan und gemessene Prozessgröße
2. Durchflusskapazität	Versorgungs- und Abluftkennlinien bei angegebenen Drücken	Gleiche Basis erforderlich	Katalogkennlinien plus Produktionsdruckdaten
3. Dynamische Reaktion	Kenngröße, Amplitude, Volumen, Last, Filterung	Gleiches Verfahren erforderlich	Rohkurve und festgelegte Schwellen
4. Hysterese und Totzone	Ausgangsgröße, Richtung, Bereich	Gleiche Definitionen erforderlich	Auf-/Abwärtskennlinie und Prüfung des Neutralbereichs
5. Signal und Ausfallzustand	Eingang, Rückführung, Diagnose, Zustand bei Spannungsausfall	Gleicher Schnittstellenumfang erforderlich	Schaltplan, Objektliste, Fehlerprüfung
6. Umgebung und EMV	Temperatur, Luftklasse, IP, angewandte Normen	Gleiche Installationsannahmen erforderlich	Datenblatt, Erklärungen und Prüfnachweise

Mitteln Sie diese sechs Zeilen nicht ohne Gewichtung zu einer einzigen Punktzahl. Ein Ventil mit hohem Durchfluss, das den erforderlichen Zustand bei Spannungsausfall nicht erfüllt, wird nicht durch gute Bandbreite gerettet. Ein Ventil mit geringer Hysterese, das den Antrieb nicht schnell genug entlüften kann, verfehlt weiterhin die Bewegungszeit.

Nutzen Sie für nicht verhandelbare Anforderungen eine Bestanden/Nicht-bestanden-Stufe und bewerten Sie anschließend nur die verbleibenden Kandidaten nach technischer Reserve, Dokumentation, Wartbarkeit, Lieferkettenrisiko und Kosten. So kann Marketingsprache keine fehlende Sicherheits- oder Leistungsanforderung kompensieren.

Wie sollte das Ventil an der Maschine geprüft werden?

ISO 10094-2:2021 standardisiert Vergleichsprüfungen für elektropneumatische stetige Druckregelventile und stellt klar, dass diese Prüfungen keine Produktionsprüfung jeder gefertigten Komponente sind (ISO 10094-2, 2021). Der Maschinenbauer benötigt weiterhin eine Abnahmeprüfung mit installierter Verschlauchung, Volumen, Last, Sensoren, Regler und Umgebung.

Gehen Sie in folgender Reihenfolge vor:

1. Prüfdefinition festschreiben. Benennen Sie Sollwertsprung, Messausgang, Trigger, Schwellen, Einschwingband, Überschwinggrenze, Abtastrate, Filterung und Bestehenskriterien.
2. Ausgangszustand aufzeichnen. Erfassen Sie mehrere Zyklen bei normalem Druck, normaler Temperatur, Last und Produktionstiming. Bewahren Sie Rohdaten und nicht nur Bildschirmfotos auf.
3. Ein gelenktes Element ändern. Werden Ventil, Verschlauchung, Reglerverstärkung und Schalldämpfer zugleich geändert, lässt sich das Ergebnis nicht der Auswahlentscheidung zuordnen.
4. Unter gleichen Bedingungen wiederholen. Verwenden Sie dieselbe Nutzlast, denselben Druck, Sollwertverlauf, Sensor und dasselbe Datenverarbeitungsverfahren.
5. Betriebsbereich prüfen. Beziehen Sie minimalen Versorgungsdruck, maximale Nutzlast, Kaltstart, warmen Betrieb und beide Bewegungsrichtungen ein.
6. Anormale Bedingungen prüfen. Prüfen Sie Signalverlust, Spannungsausfall, blockierte oder gedrosselte Abluft, Diagnosereaktion und Neustartverhalten innerhalb der Risikobeurteilung der Maschine.
7. Ergebnis berechnen. Berichten Sie Mittelwert, Streuung, ungünstigsten Fall, Überschwingen, Einschwingen und Verbesserungsformel statt einer einzigen günstigen Kurve.

Was ist, wenn das neue Ventil schneller ist, aber stärker überschwingt? Die Annahmekriterien müssen vor Beginn der Prüfung festlegen, ob dieser Kompromiss zulässig ist. Eine kürzere erste Anstiegszeit ist keine Verbesserung, wenn der Prozess länger zum Einschwingen benötigt oder eine unsichere Druckspitze erzeugt.

Erfassen Sie bei einer Zylinderbewegung Befehl, Ventil-Istwert, soweit verfügbar, Druck vor und hinter dem Ventil, Zylinderposition und das SPS-Bit „in Position“ auf derselben Zeitbasis. Diese Kurve zeigt, wo Verzögerung entsteht. Sie verhindert außerdem, dass eine schnelle elektrische Reaktion mit einem schnellen mechanischen Ergebnis verwechselt wird.

Die beste Abnahmekurve enthält genügend Signale, um die bevorzugte Erklärung widerlegen zu können. Ändert sich der Ventilbefehl sofort, der Kammerdruck jedoch erst spät, sind Durchflusskapazität und Totvolumen zu prüfen. Ändert sich der Druck, aber nicht die Position, untersuchen Sie Reibung, Last, Mechanik oder Positionsregelkreis.

Eine bessere Reaktion entsteht durch die Abstimmung der gesamten Kette

Die MPYE-Daten von Festo verbinden 100 bis 2.000 L/min Nenndurchfluss, 70 bis 115 Hz Grenzfrequenz, maximal 0,4 % Schieberweghysterese und modellspezifische elektrische Eingänge (Festo MPYE-Datenblatt, 2025). Keiner dieser Werte sagt für sich allein die endgültige Bewegungs- oder Druckreaktion einer installierten Pneumatikmaschine voraus.

Wählen Sie zuerst die Regelgröße. Prüfen Sie danach Versorgungs- und Abluftkapazität, Definitionen dynamischer Prüfungen, Hysterese und Totzone, elektrische Schnittstellen, Ausfallzustand, Umgebungsgrenzen und EMV-Nachweise. Schließen Sie Kandidaten aus, die eine nicht verhandelbare Anforderung verfehlen, bevor Sie Preis oder beworbene Geschwindigkeit vergleichen.

Eine Verbesserung der Reaktion um 40 % ist aussagekräftig, wenn Ausgangszustand, geändertes System, Messgrenze, Bedingungen und Berechnung dokumentiert sind. Ohne diese Angaben ist sie Marketingsprache. Mit ihnen wird sie zu einem reproduzierbaren technischen Ergebnis.

Für die übergeordnete Architekturentscheidung nutzen Sie den Leitfaden zur Bewegungsregelung mit Proportionalventilen. Die Sechs-Faktoren-Matrix dieses Artikels liefert anschließend den engeren Reaktions- und Abnahmerahmen für den Vergleich realer Kandidaten.

Häufig gestellte Fragen zur Auswahl von Proportionalventilen: Was sollten Ingenieure fragen?

Allein die MPYE-Baureihe von Festo umfasst fünf Nenndurchflüsse von 100 bis 2.000 L/min und vier aufgeführte 3-dB-Grenzfrequenzen von 70 bis 115 Hz (Festo MPYE-Datenblatt, 2025). Diese Fragen erläutern, wie solche Werte zu verstehen sind, ohne Komponentendaten mit der Leistung des Gesamtsystems zu verwechseln.

Macht ein schnelleres Proportionalventil einen Pneumatikzylinder immer schneller?

Nein. Die Zylinderreaktion hängt außerdem von Versorgungsdruck, Ventildurchfluss in beiden Richtungen, Schlauchvolumen und Drosselung, Zylinderanschlüssen, Abluftschalldämpfern, Last, Reibung und Reglereinstellungen ab. Eine Ventilaufrüstung hilft nur, wenn Ventilkapazität oder -dynamik der aktive Engpass sind. Bestätigen Sie das Ergebnis mit synchronen Druck-, Befehls- und Positionskurven.

Kann Cv allein zur Dimensionierung eines pneumatischen Proportionalventils verwendet werden?

Nicht zuverlässig. Der Druckluftdurchfluss hängt von Druckverhältnis, Gasdichte, Referenzbedingungen und möglicher Strömungssperre ab. Bei einem Proportionalventil ändert sich außerdem die wirksame Öffnung mit dem Befehl. Bevorzugen Sie Hersteller-Druck-Durchfluss-Kennlinien oder ISO-basierte Leitwertdaten für die genaue Richtung und den Betriebsbereich und berücksichtigen Sie danach Schläuche, Verschraubungen, Ventilinseln, Anschlüsse und Schalldämpfer.

Sind Totzone und Hysterese dieselbe Spezifikation?

Nein. Die Totzone beschreibt einen Eingangsbereich ohne definierte Ausgangsreaktion, während Hysterese den Ausgang bei demselben, aus entgegengesetzten Richtungen angenäherten Eingang vergleicht. Linearität, Wiederholgenauigkeit, Empfindlichkeit und Auflösung beantworten andere Fragen. Vergleichen Sie Ventile nur, wenn Messausgang, Bereich, Richtung, Normierung und Betriebsbedingungen angegeben sind.

Belegt die Einhaltung von IEC 61000-4, dass ein Ventil Störungen in der Fabrik widersteht?

Nicht für sich allein. Dokumente der Reihe IEC 61000-4 definieren einzelne EMV-Prüfverfahren. Die anzuwendende Produkt- oder Grundnorm legt erforderliche Prüfungen, Pegel, Anschlüsse und Leistungskriterien fest. Installationsmerkmale wie Kabellänge, Schirmung, Erdung, Netzqualität, nahe Antriebe und Schweißanlagen beeinflussen weiterhin die vollständige Maschine.

Wie sollte eine Verbesserung der Reaktion um 40 % nachgewiesen werden?

Messen Sie vor und nach der Änderung dieselbe Reaktionsgröße mit identischem Sollwertsprung, identischer Last, Druck, Verschlauchung, Sensorik, Abtastrate, Filterung und Einschwingdefinition. Berechnen Sie die Verbesserung aus beiden Reaktionszeiten und berichten Sie neben dem Prozentwert auch Streuung wiederholter Zyklen, ungünstigsten Fall, Überschwingen, Temperatur und Ergebnisse bei anormalen Bedingungen.

Quellen und technische Referenzen

• Datenblatt des Festo MPYE-Proportional-Wegeventils: Durchfluss, Grenzfrequenz, Hysterese, Signale, Druck, Luftqualität, Temperatur, IP- und Konformitätsdaten.
• Katalog des elektropneumatischen Reglers SMC ITV: Einordnung der Reaktionszeit, Linearität, Hysterese, Wiederholgenauigkeit und Eingangsoptionen.
• Katalog des kompakten Proportionalventils SMC PVQ: Durchflussbereiche, Hysterese, Wiederholgenauigkeit und Druck-Durchfluss-Verhalten.
• ISO 10041-1:2010: Merkmale für Herstellerunterlagen zu elektropneumatischen stetigen Durchfluss-Regelventilen.
• ISO 10094-1:2021 und ISO 10094-2:2021: Merkmale und Vergleichsprüfungen elektropneumatischer Druckregelventile.
• ISO 6358-1:2013: stationäre Durchflusseigenschaften pneumatischer Komponenten mit kompressiblen Fluiden.
• IEC 61000-6-2:2016: allgemeine Störfestigkeitsnorm für Industriebereiche, wenn keine einschlägige Fachgrundnorm gilt.
• IEC 61000-4-3:2020 und IEC 61000-4-4:2012: Prüfverfahren für Störfestigkeit gegen hochfrequente Felder und schnelle elektrische Transienten.