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Mindestpilotdruck für vorgesteuerte Ventile berechnen

Berechnen Sie den Mindestpilotdruck anhand von Ventilbauart, Datenblattgrenzen, Verlusten im Pilotpfad und dynamischen Prüfungen mit verifizierten Beispielen von 0,1 bis 0,2 MPa.

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Eric Zhou, Fachingenieur für Maschinenautomation, Bepto Pneumatik

Über den Autor

Eric Zhou

Fachingenieur für Maschinenautomation

Ich bin Eric, Fachingenieur für Maschinenautomation bei Bepto Pneumatik. Ich unterstütze die Prüfung von Pneumatik-Anforderungen, Komponentenanwendungen und technischen Details vor der Angebotserstellung.

Artikel des AutorsEric@bepto.com

Der Mindestpilotdruck ist kein einheitlicher Prozentsatz des Hauptleitungsdrucks. Beginnen Sie mit dem Pilotdruckbereich oder dem minimalen Betriebsdifferenzdruck des konkreten Ventils und ziehen Sie anschließend die Verluste zwischen Pilotquelle und Pilotanschluss ab. Das Ergebnis muss während des Umschaltens über dem veröffentlichten Mindestwert bleiben, nicht nur bei ruhendem Kreis.

Diese Unterscheidung verhindert einen häufigen Kategorienfehler. Ein vorgesteuertes Ventil kann ein intern vorgesteuertes Membranventil, ein extern pneumatisch vorgesteuertes Schieberventil oder eine andere zweistufige Konstruktion sein. Jede Bauart führt zu anderen Kräften und Druckverhältnissen an der Steuerstufe.

Wichtigste Erkenntnisse

  • Die Parker-Beispiele reichen von 25 bis 45 psi.
  • Bei intern vorgesteuerten Ausführungen kann statt eines separaten Steuersignals ein Mindestversorgungsdruck oder Mindestdifferenzdruck angegeben sein.
  • Messen Sie den dynamischen Druck am Pilotanschluss während der ungünstigsten Maschinenanforderung, bestätigen Sie Schalt- und Rückstellzeit und halten Sie jeden Messwert innerhalb des veröffentlichten Minimal- und Maximalwerts des ausgewählten Ventils.

Was misst der Mindestpilotdruck tatsächlich?

Parker nennt für ein 4/2-Ventil mit beidseitiger pneumatischer Betätigung und einem Betriebsbereich von 30 bis 115 psi einen Mindestpilotdruck von 30 psi. Dieser Grenzwert gilt bei diesem Produkt an den Signalanschlüssen. Er ist keine übertragbare Flächenverhältnisregel für jedes vorgesteuerte Ventil (Parker-Pneumatiksteuerungskatalog, 2007).

Mindestpilotdruck ist der niedrigste Druck am festgelegten Pilotanschluss, den der Hersteller unter den angegebenen Bedingungen für ein zuverlässiges Umschalten akzeptiert. Eine vollständige Spezifikation legt außerdem den maximalen Pilotdruck fest. Sie kann auch Hauptdruck, Medium, Temperatur, Ventilfunktion, Rückstellart, Montage und Mindestdifferenzdruck begrenzen.

Halten Sie diese Druckbegriffe getrennt:

Begriff Gültigkeitsort Zu prüfen
Hauptbetriebsdruck Versorgungs- und Arbeitskanäle des Hauptventils Veröffentlichter Betriebsbereich für die ausgewählte Funktion.
Pilotquellendruck Regler, Sammelleitung oder Eingang des Pilot-Signalventils Niedrigster Druck während der Maschinenanforderung.
Pilotanschlussdruck Anschluss 12, 14 oder produktspezifischer Betätigeranschluss Dynamischer Druck während des Umschaltens der Hauptstufe.
Mindestdifferenzdruck Druckdifferenz über eine intern vorgesteuerte Hauptstufe Veröffentlichter Mindestwert für dieses Medium und diese Durchflussrichtung.
Abfall- oder Rückstelldruck Pilotdruck, bei dem ein federrückgestelltes Ventil zurückschaltet Erforderliches Verhalten im entlüfteten Zustand und verbleibender Gegendruck.

Für pneumatische Katalogangaben wird normalerweise der Relativdruck verwendet, sofern die Produktdokumentation nicht ausdrücklich etwas anderes vorgibt. Vakuumbetrieb kann Absolutdruck erfordern. Dokumentieren Sie die Bezugsart, bevor Sie Einheiten umrechnen oder Katalogdaten vergleichen.

Die eigentliche ingenieurtechnische Frage lautet nicht: „Mit welchem Sicherheitsfaktor muss der Hauptdruck multipliziert werden?“ Sie lautet: „Welcher veröffentlichte Grenzwert gilt an welchem Anschluss, und welcher niedrigste Druck liegt dort während des Schaltvorgangs tatsächlich an?“

Welche Ventilbauart wird berechnet?

Das SMC-Handbuch VQC1000/2000 nennt für einige Ventile mit Metallsitz 0,1 MPa, für bestimmte Ausführungen mit Elastomersitz 0,15 MPa und für 3-Stellungsventile 0,2 MPa als interne Pilot-Mindestwerte. Damit hat eine Ventilfamilie bereits vor den Leitungsverlusten mehrere Grenzwerte (SMC VQC1000/2000-Handbuch, 2026).

Bestimmen Sie die Bauart, bevor Sie eine Gleichung aufstellen:

Bauart Was betätigt die Hauptstufe Geeignete Auswahlmethode
Direkt wirkend Magnet, Hebel, Stößel oder mechanisches Element wirkt direkt Keine separate Berechnung des Pilotdrucks.
Intern vorgesteuertes Schieberventil Die Hauptversorgung speist einen internen Steuerkanal Mindestbetriebsdruck für die konkrete Schieber- und Dichtungskonfiguration prüfen.
Extern vorgesteuertes Schieberventil Separater Druck tritt an Pilotanschlüssen 12/14 oder gleichwertigen Anschlüssen ein Bereich der externen Pilotversorgung prüfen und Zustellverluste berechnen.
Vorgesteuertes Membran- oder Sitzventil Differenzdruck und ein kleiner Steuerkanal bewegen den Hauptverschluss Mindestbetriebsdifferenz und zulässige Durchflussrichtung prüfen.
Pneumatisch betätigtes Prozessventil Externe Druckluft wirkt auf einen Kolben- oder Membranbetätiger Pilotdruckdiagramm des Betätigers oder eine geprüfte Kräftebilanz verwenden.

Der Unterschied zwischen direkt wirkenden und vorgesteuerten Ventilen ist hier entscheidend. Ein direkt wirkendes Magnetventil kann zwar das externe Steuersignal erzeugen, dadurch wird das kleine Signalventil selbst aber nicht zu einem vorgesteuerten Hauptventil.

Pneumatischer Wegeventilkörper der 400-Serie mit Pilotluft sowie Haupt- und Pilotanschlüssen

Auch ein pneumatisch vorgesteuertes Wegeventil benötigt seinen eigenen modellspezifischen Druckbereich, Anschlussplan und Daten zur Rückstellfunktion.

Entscheidungsweg zur Ventilbauart für den Mindestpilotdruck Ein vertikaler Entscheidungsweg trennt direkt wirkende, intern vorgesteuerte, extern vorgesteuerte und pneumatisch betätigte Prozessventile. Jeder Pfad nennt den richtigen Katalogwert oder die geeignete Berechnungsmethode. Ventil bestimmen, bevor der Druck geprüft wird Verwendet die Hauptstufe Pilotdruck? Nein Ja Direkt wirkend Betriebsdruck und Betätiger- oder Magnetnennwert prüfen Zweistufig oder pneumatisch betätigt Pilotquelle und Mechanismus der Hauptstufe ermitteln Interne Pilotversorgung Mindesthaupt- druck oder Differenzdruck prüfen Produktdaten verwenden Externe Pilotversorgung Pilotdruckbereich prüfen und Zustellverluste abziehen Am Pilotanschluss messen Prozessventil Betätigerdiagramm oder bekannte Kraftgeometrie verwenden Fluidkraft prüfen Für jeden Pfad Funktion, Rückstellart, Temperatur, Medium, Minimal- und Maximaldruck, Anschlussplan und Prüfbedingung verifizieren
Eine Pilotdruckgleichung ist erst sinnvoll, wenn Ventilbauart und maßgeblicher Kataloggrenzwert feststehen.

Wie wird der am externen Pilot verfügbare Druck berechnet?

Die Tabelle der Parker-N-Serie fordert für das einfache 3/8-Zoll-Ventil bei 25 psi Hauptdruck einen externen Pilotdruck von 35 psi, bei 100 psi Hauptdruck jedoch 65 psi. Diese Änderung zeigt, warum die Drucktabelle des ausgewählten Modells den Grenzwert liefern muss (Parker 0600P-E N-Serie, 2018).

Bei einer externen Pilotversorgung berechnen Sie den niedrigsten Druck, der während des Umschaltens das Ventil erreicht:

ppilot,available=psource,min−Δpsignal−Δplinep_{\mathrm{pilot,available}} = p_{\mathrm{source,min}} - \Delta p_{\mathrm{signal}} - \Delta p_{\mathrm{line}}

Dabei psource,minp_{\mathrm{source,min}} ist der niedrigste geregelte Quellendruck während des Maschinenzyklus. Die beiden Druckabfallterme decken das Pilot-Signalventil und die nachgeschalteten Schläuche, Verschraubungen, Schalldämpfer oder Drosselstellen ab. Verwenden Sie in dieser Bilanz durchgehend konsistente Relativdruckeinheiten.

Die Annahmebedingung lautet:

ppilot,available≥ppilot,min,datap_{\mathrm{pilot,available}} \ge p_{\mathrm{pilot,min,data}}

Dieser Term ist der Hersteller-Mindestwert für die exakte Teilenummer, Funktion, Dichtungsart und Hauptdruckbedingung. Verwenden Sie keinen allgemeinen Bruchteil. Prüfen Sie außerdem, dass der höchstmögliche Pilotdruck unter dem Katalogmaximum bleibt.

Wann ist eine Kräftebilanz gültig?

Die Parker-Anleitung Directair 2 nennt bei verwandten Ventilen 1,5 psi als Mindestwert für einen Membranbetätiger und 20 psi für einen Pilotbetätiger. Die Betätigerkonstruktion verändert den Kraftbedarf. Dieser Unterschied besteht bereits, bevor die Hauptprozesslast hinzukommt (Parker Directair 2 Anweisungen, 2025).

Eine Kräftebilanz ist nur dann angemessen, wenn Zeichnung oder validierte Konstruktionsdaten des Herstellers die wirksame Pilotfläche und alle Gegenkräfte ausweisen:

ppilot,min=Fspring+Ffriction+Ffluid,netApilotp_{\mathrm{pilot,min}} = \frac{F_{\mathrm{spring}} + F_{\mathrm{friction}} + F_{\mathrm{fluid,net}}}{A_{\mathrm{pilot}}}

FspringF_{\mathrm{spring}} ist die Rückstellfederkraft beim relevanten Hub, FfrictionF_{\mathrm{friction}} beschreibt den Widerstand von Dichtungen und Führungen, Ffluid,netF_{\mathrm{fluid,net}} ist die durch den Prozessdruck an der tatsächlichen Verschlussgeometrie erzeugte resultierende Kraft, und ApilotA_{\mathrm{pilot}} ist die wirksame Pilotfläche. Druck ist Kraft geteilt durch Fläche; verwenden Sie daher zueinander passende Einheiten.

Ersetzen Sie pmainAmainp_{\mathrm{main}}A_{\mathrm{main}} nicht automatisch durch Ffluid,netF_{\mathrm{fluid,net}}. Ein druckausgeglichener Schieber kann einen großen Teil der statischen Hauptdruckkraft aufheben, während ein Sitz- oder Membranventil abhängig von Durchflussrichtung und Sitzgeometrie eine andere wirksame Fläche aufweist. Eine geschätzte Fläche kann eine dimensionsrichtig erscheinende Gleichung physikalisch falsch machen.

Bei Katalogventilen bleibt normalerweise der veröffentlichte Mindestwert maßgebend, weil er bereits proprietäre Geometrie, Rückstellfedern, Dichtungen, Fertigungstoleranzen und die Prüfmethode des Herstellers berücksichtigt.

Wie verändert die interne Pilotversorgung die Berechnung?

Ein vorgesteuertes ASCO-L145-Ventil gibt für Gase und Flüssigkeiten im ausgewählten Aufbau einen Differenzdruckbereich von 0,4 bis 8 bar an. Der Mindestwert von 0,4 bar gilt über dem Hauptventil. Er ist keine Einstellung für einen externen Pilotanschluss (ASCO L145 Produktspezifikation, 2026).

Ein intern vorgesteuertes Ventil bezieht die Steuerenergie aus dem Haupteingang. Die Auswahl richtet sich daher nach dem veröffentlichten Mindestbetriebsdruck oder der Mindestdruckdifferenz des Herstellers für die gewählte Funktion und Durchflussrichtung:

Δpmain=pinlet−poutlet\Delta p_{\mathrm{main}} = p_{\mathrm{inlet}} - p_{\mathrm{outlet}}

Wenn der Katalog eine Mindestdifferenz fordert, muss der tatsächliche ΔpmainΔp_{\mathrm{main}} beim Öffnen des Ventils darüber bleiben. Beispielsweise kann hoher Nachdruck das Umschalten verhindern. Dasselbe kann bei einem nahezu ausgeglichenen System geschehen, obwohl der Eingangsdruck ausreichend aussieht.

Ausführungen mit Nulldifferenzdruck und Pilotversorgung gibt es, diese Eigenschaft gehört jedoch zu bestimmten Konstruktionen. Leiten Sie sie nicht aus den Worten „vorgesteuert“ ab. Wenn ein Ventil mit Vakuum, sehr niedrigem Hauptdruck oder ungewöhnlicher Druckrichtung arbeiten muss, kann die Ausführung mit externer Pilotversorgung die richtige Wahl sein.

Wie beeinflussen Druckabfall und Reaktionszeit das Ergebnis?

Die Tabelle der Parker H Series Micro nennt je nach Ventilnummer Mindestpilotdrücke von 25 bis 45 psi und einen Höchstwert von 120 psi. Ein gemeinsamer Name für die Ventilinsel bedeutet nicht, dass ein einziger Grenzwert gilt. Ausreichender statischer Druck beweist außerdem nicht, dass sich die Pilotkammer schnell genug füllt (Parker H-Serie Micro, 2025).

Pilotrohr, Verschraubungen, Signalventil, Abluftdrossel und Pilotkammervolumen bilden ein kleines pneumatisches Strömungssystem. Statischer Druck kann täuschen. Ein langes, enges Rohr kann beispielsweise schließlich den vollen Druck anzeigen und dennoch für die erforderliche Schaltzeit zu wenig transienten Durchfluss liefern. Verwenden Sie bei Zweifeln an der Durchflusskapazität des Signalventils die Druckabfallmethode für Pneumatikventile wenn die Durchflusskapazität des Signalventils unklar ist.

Druckbilanz für die externe Pilotversorgung von der Quelle zum Ventil Ein horizontaler Druckpfad beginnt mit dem Mindestquellendruck, zieht den Druckabfall am Signalventil und in der Schlauchleitung ab und vergleicht den verbleibenden dynamischen Druck am Pilotanschluss mit dem Datenblatt-Minimum und -Maximum. Der Druck muss den vollständigen Pilotpfad überstehen 1 Pilotquelle Niedrigsten dynamischen Wert verwenden 2 Signalventil Dynamischen Druckverlust abziehen 3 Schlauch und Verschraubungen Leitungsverlust abziehen Dynamischer Druck am Pilotanschluss des Ventils Während des Umschaltens der Hauptstufe bei der ungünstigsten Maschinenanforderung messen Annahmefenster Mindestens auf Höhe des Datenblatt-Mindestwerts Höchstens auf Höhe des Datenblatt-Maximalwerts Anschließend Schaltzeit, Rückstellvorgang und Wiederholbarkeit bestätigen
Der statische Quellendruck ist nur der erste Wert der Bilanz. Die Annahmemessung gehört während des Umschaltens an den Pilotanschluss.

Verwenden Sie am Pilotanschluss einen Druckaufnehmer mit geeigneter Ansprechzeit. Zeichnen Sie den niedrigsten Druck während der Betätigung, die Zeit vom Signal bis zur Bewegung der Hauptstufe, das Abluftverhalten beim Rückstellen und das Ergebnis über wiederholte Zyklen auf. Wenn sich zwei Pilotsignale überlagern können, prüfen Sie zuerst die Methode zur Vermeidung gegenläufiger Signale bevor Sie den Versorgungsdruck verantwortlich machen.

Beispiel mit zuerst geprüftem Datenblatt

Im zitierten Beispiel der Parker-N-Serie entspricht ein Hauptdruck von 100 psi einer externen Pilotanforderung von 65 bis 200 psi. Der Wert 65 psi stammt aus der Produkttabelle. Die folgende Druckbilanz prüft nur, ob eine vorgeschlagene Pilotstrecke diesen Wert liefern kann (Parker 0600P-E N-Serie, 2018).

Nehmen Sie an, dass der niedrigste gemessene Pilotquellendruck während des Maschinenzyklus 80 psi beträgt. Die Prüfung zeigt beim Umschaltvorgang 4 psi Druckabfall am Signalventil und 3 psi Druckabfall im nachgeschalteten Schlauch und an den Verschraubungen.

Der verfügbare Pilotdruck beträgt ppilot,available=80−4−3=73 psip_{\mathrm{pilot,available}} = 80 - 4 - 3 = 73\ \mathrm{psi}Da 73 psi über dem Mindestwert von 65 psi und unter dem Höchstwert von 200 psi liegen, besteht das Druckfenster mit einer gemessenen Reserve von 8 psi.

Dieses Ergebnis beendet die Inbetriebnahme nicht. Prüfen Sie, ob das Ventil innerhalb der erforderlichen Zeit tatsächlich umschaltet, korrekt zurückstellt und sich bei der ungünstigsten gleichzeitigen Luftanforderung wiederholt schalten lässt. Wurde der Quellendruck von 80 psi im Stillstand gemessen, ist die Rechnung für eine dynamische Abnahme nicht gültig.

Das Beispiel zeigt außerdem, warum ein allgemeiner Sicherheitsfaktor von 1,2 hier unnötig ist. Der Katalog liefert den Grenzwert; gemessene Verluste und Quellenschwankungen bestimmen die Betriebsreserve. Erhöhen Sie den Druck nur, wenn eine dokumentierte Anforderung dies verlangt. Überschreiten Sie niemals den Nennwert.

Inbetriebnahme und Fehlerdiagnose

ISO 4414:2010 behandelt Aufbau, Installation, Einstellung, Betrieb, Wartung, Zuverlässigkeit und Sicherheit pneumatischer Systeme. Die Inbetriebnahme der Pilotdruckversorgung gehört daher in das Verfahren zur Beherrschung gefährlicher Energien der vollständigen Maschine und nicht zu einer isolierten Einstellung am Manometer (ISO 4414:2010, bestätigt 2021).

Sichern Sie vor der Prüfung Lasten, sperren Sie gefährliche Bewegungen, prüfen Sie Ventilsymbol und Anschlussnummern, befolgen Sie das betriebliche Lockout-Verfahren und erhöhen Sie den Druck schrittweise. Pilotdruck kann Hauptventil und Betätiger unerwartet bewegen.

Symptom Zuerst prüfen Wahrscheinliche Interpretation
Ventil schaltet nie Richtiger Pilotanschluss, Funktion des Signalventils, Quellendruck Kein Signal, falscher Anschluss oder Druck unter dem Grenzwert.
Ventil schaltet auf dem Prüfstand, aber nicht an der Maschine Dynamischer Pilotdruck und gleichzeitige Anlagenanforderung Einbruch des Quellendrucks oder Druckverlust im Pilotpfad.
Ventil schaltet langsam Durchfluss des Pilotventils, Innendurchmesser und Länge des Schlauchs, Pilotentlüftung Enddruck ausreichend, aber Kammer füllt oder entlüftet sich langsam.
Intern vorgesteuertes Ventil fällt bei nahezu gleichem Ein- und Ausgangsdruck aus Mindestbetriebsdifferenz Der Hauptstufe fehlt der erforderliche Differenzdruck.
Federrückgestelltes Ventil stellt nicht zurück Restlicher Pilotdruck, blockierte Entlüftung, gegenläufiges Signal Die Pilotkammer kann nicht bis zum Rückstelldruck entlüftet werden.
Im Lauf der Zeit tritt intermittierendes Verhalten auf Pilotdüse, Filterung, Dichtungen, Feuchtigkeit, Schalldämpfer Verschmutzung oder Verschleiß verändert Durchfluss und Reibung.

Trennen Sie Druckfehler von Durchflussfehlern. Erreicht der Pilotanschluss nie den veröffentlichten Mindestwert, korrigieren Sie Quelle oder Druckverlust. Erreicht er den korrekten Druck erst nach einer übermäßigen Verzögerung, erhöhen Sie die Leitfähigkeit des Pilotpfads oder verringern Sie das Volumen. Sind beide Messungen in Ordnung, untersuchen Sie Ventilzustand, Montage, Rückstellkraft oder die Differenz an der Hauptstufe.

Verwenden Sie den Ablauf zur Verschmutzungsprüfung von Steuerventilen wenn Ablagerungen oder Feuchtigkeit die Reaktion wiederholt verändern. Für gemischte Kataloggeräte kann der Druckumrechner psi, bar, kPa und MPa vereinheitlichen, aber nicht den Mindestwert des Ventils auswählen.

Häufige Fragen zum Pilotdruck

SMC veröffentlicht für verschiedene VQC-Konfigurationen interne Pilot-Mindestwerte von 0,1, 0,15 und 0,2 MPa, während Parker produktspezifische Pilottabellen veröffentlicht. Diese Beispiele beantworten die zentrale Frage: Der Mindestpilotdruck gehört zu einer definierten Ventilbauart und Betriebsbedingung. Kein einheitlicher Prozentsatz für die gesamte Branche passt auf beide (SMC, 2026; Parker, 2018).

Kann für jedes vorgesteuerte Ventil derselbe Sicherheitsfaktor verwendet werden?

Nein. Verwenden Sie zuerst die veröffentlichten Minimal- und Maximalgrenzen des konkreten Modells oder dessen Mindestbetriebsdifferenz. Berechnen Sie anschließend den Druck, der unter der ungünstigsten Versorgungsbedingung das Ventil erreicht. Eine zusätzliche Reserve muss aus einer dokumentierten Maschinenanforderung, Messunsicherheit oder Herstelleranweisung stammen, nicht aus einem allgemeinen Faktor von 1,2 oder 1,5.

Hat ein intern vorgesteuertes Ventil eine separate Pilotdruckeinstellung?

Nicht unbedingt. Viele intern vorgesteuerte Ventile beziehen die Steuerluft vom Haupteingang und geben einen Mindestbetriebsdruck oder eine Mindestdruckdifferenz an. Eine Ausführung mit externer Pilotversorgung besitzt einen separaten Versorgungsanschluss und eigenen Bereich. Prüfen Sie Pneumatikschaltzeichen, Bestellcode und Handbuch, bevor Sie festlegen, welcher Druck berechnet oder gemessen werden muss.

Wo sollte der Pilotdruck gemessen werden?

Messen Sie so nahe wie praktisch möglich am Pilotanschluss des Ventils, hinter dem Signalventil sowie den Schläuchen und Verschraubungen, deren Verluste Sie einbeziehen müssen. Erfassen Sie den niedrigsten dynamischen Druck während des Umschaltens der Hauptstufe. Das Manometer am vorgeschalteten Regler kann stabil bleiben, während der Druck am Pilotanschluss kurz unter den erforderlichen Grenzwert fällt.

Macht ein höherer Pilotdruck das Ventil immer schneller?

Nein. Höherer Druck kann die verfügbare Pilotkraft erhöhen, doch die Schaltzeit hängt auch von Durchfluss des Signalventils, Leitfähigkeit der Schlauchleitung, Pilotvolumen, Abluftdrossel, Schieberhub und Reibung ab. Sobald der Druck ausreicht, kann eine Durchflussbegrenzung maßgebend sein. Überschreiten Sie bei der Optimierung der Reaktion niemals den maximalen Pilotdruck des Herstellers.

Warum funktioniert ein Ventil bei der Prüfung, fällt aber in der Produktion aus?

In der Produktion können ein niedrigerer Quellendruck, überlappende Luftanforderungen, längere Steuerleitungen, eingeschränkte Entlüftung, Temperaturänderungen oder Verschmutzung auftreten, die der Prüfstand nicht abbildet. Wiederholen Sie die Prüfung am Pilotanschluss im tatsächlichen Zyklus und unter der tatsächlichen Last. Vergleichen Sie dynamischen Druck, Schaltzeit und Rückstellverhalten anhand derselben Annahmegrenzen.

Quellen