Auswirkungen des Totbands auf die Regelgenauigkeit von Proportionalventilen

Das Totband eines Proportionalventils ist ein Eingangsbereich, in dem sich der ausgewählte Ausgang nach einer Richtungsumkehr des Befehls nicht erkennbar verändert. Dieser Ausgang kann die Schieberposition, der Luftdurchfluss, der Druck, die Zylindergeschwindigkeit oder die Achsposition sein. Solange nicht beide Größen benannt sind, sagt ein Totbandprozentsatz nur wenig über die Regelgenauigkeit aus.

Emerson definiert das Totband als den Eingangsbereich, der nach der Richtungsumkehr durchlaufen wird, bevor eine erkennbare Änderung des Ausgangs beginnt; normalerweise wird es als Prozentsatz der Eingangsspanne angegeben. Das Handbuch verlangt außerdem, Eingangs- und Ausgangsgrößen zu benennen und quantitative Prüfungen unter Last durchzuführen (Emerson Control Valve Handbook, 6. Auflage, 2023).

Wichtige Erkenntnisse

• Totband, Hysterese, Empfindlichkeit, Auflösung und Totzeit beschreiben unterschiedliche Verhaltensweisen.
• Festo nennt für eine MPYE-Familie maximal 0,4 % Hysterese, nicht eine universelle Achsgenauigkeit.
• Messen Sie Sollwert und geregelten Ausgang unter realer Last in beide Richtungen.
• Wenden Sie eine Kompensation erst an, wenn mechanische, pneumatische, signalbezogene und rückführungsseitige Fehler ausgeschlossen sind (Festo MPYE, 2025).

Dieser Leitfaden behandelt die eng gefasste Diagnosefrage, wie ein inaktiver Befehlsbereich in einen pneumatischen Regelkreis gelangt und wie er gemessen wird. Für die Auswahl einer Ventilfamilie nutzen Sie den Leitfaden zu Proportionalventilen für die Bewegungsregelung. Die vollständige Architektur aus Sensor, Ventil, Regler und Zylinder beschreibt der Leitfaden zur Positionsregelung von Zylindern.

Was ist das Totband eines Proportionalventils?

Das Emerson-Handbuch von 2023 stellt fest, dass viele Regelaktionen 1 % der Eingangsspanne oder weniger betragen; ein inaktiver Bereich kann daher eine normale Korrektur verschlucken. Es behandelt außerdem Reibung, Spiel, Torsion der Welle sowie Totzonen von Relais oder Schiebern als getrennte Beiträge zum Totband der gesamten Baugruppe (Emerson, 2023).

Definieren Sie zuerst die Messgrenze. Ist der Eingang ein 0-10-V-Befehl und der Ausgang ein gemessener Massenstrom, erhalten Sie das Totband zwischen Befehl und Durchfluss. Ist der Ausgang die Schieberrückführung, handelt es sich um das Totband zwischen Befehl und Schieber. Ist der Ausgang die Zylinderposition, gehört die gemessene Lücke zur installierten Achse und nicht allein zum Ventil.

Die Richtungsumkehr ist entscheidend. Angenommen, der Befehl ist gestiegen und der Ausgang bleibt stabil. Sobald der Befehl zu fallen beginnt, können Reibung, mechanische Überdeckung, magnetische Effekte, Reglerschwellen und Druckkräfte den Eingang bewegen, ohne eine erkennbare Reaktion des Ausgangs auszulösen. Die Spanne zwischen Umkehr und Reaktion ist das für diese Prüfung gemessene Totband.

Diese Definition unterscheidet sich von einer zentralen Totzone, also dem inaktiven Bereich um einen neutralen Befehl. Ein proportionales 5/3-Wegeventil kann sowohl ein Totband bei der Richtungsumkehr als auch eine neutrale Durchfluss-Totzone aufweisen. Ein normalerweise geschlossenes proportionales 2/2-Ventil kann stattdessen einen Mindestöffnungsstrom besitzen. Dokumentieren Sie das tatsächlich gemessene Verhalten, statt jede Kennlinie in eine einzige Bezeichnung zu zwingen.

Das Totband ist daher eine Vereinbarung zwischen Eingang und Ausgang und keine Materialeigenschaft des Schiebers. Wenn der beobachtete Ausgang von der Schieberposition auf den Kammerdruck geändert wird, kann sich das gemeldete Ergebnis ändern, weil Kompressibilität, Schlauchvolumen, Leckage, Sensorauflösung und Last nun innerhalb der Messgrenze liegen.

Totband, Hysterese, Auflösung und Totzeit sind verschieden

Der aktuelle Katalog von SMC für ITV1100/2100/3100 führt Empfindlichkeit innerhalb von ±0,2 % des Endwerts, Linearität innerhalb von ±1 % des Endwerts und Hysterese innerhalb von 0,5 % des Endwerts als drei getrennte Spezifikationen auf. Keine dieser Zahlen ist als Zylinderpositionsgenauigkeit bezeichnet (SMC ITV, abgerufen 2026).

Begriff	Praktische Bedeutung	Was dadurch nicht nachgewiesen wird
Totband	Eingangsänderung nach einer Umkehr, bevor der ausgewählte Ausgang reagiert	Absoluter Positionsfehler allein
Neutrale Totzone	Befehlsbereich um die Neutralstellung ohne beabsichtigten positiven oder negativen Ausgang	Umkehrverhalten über den gesamten Betriebsbereich
Hysterese	Unterschied zwischen steigendem und fallendem Ausgang beim gleichen Eingang	Sensorauflösung oder dynamische Verzögerung
Empfindlichkeit oder Schwelle	Kleinste angegebene Eingangs- oder Druckänderung, die eine definierte Reaktion auslöst	Linearität über den gesamten Endwertbereich
Auflösung	Kleinste unterscheidbare Ausgangsstufe	Wiederholbarkeit bei wechselnder Last
Totzeit	Zeit von der Eingangsänderung bis zur ersten erkannten Reaktion	Größe eines statischen Eingangsbereichs
Linearität	Abweichung von einer definierten geraden Referenzkennlinie	Dynamische Nachführgenauigkeit

Die Unterscheidung verändert die Fehlersuche. Reagiert ein Ventil sofort, folgt aber beim Steigen und Fallen unterschiedlichen Kennlinien, untersuchen Sie die Hysterese. Erzeugt es diskrete Stufen, prüfen Sie Signal- und Sensorauflösung. Beginnt die Reaktion zeitlich verspätet, aber bei der erwarteten Befehlsschwelle, untersuchen Sie Totzeit, Stromdynamik, Verschlauchung und pneumatisches Volumen.

Ein elektropneumatischer Druckregler regelt den Ausgangsdruck, während ein proportionales Wegeventil Richtung und Durchfluss dosiert. Ihre Genauigkeitsspezifikationen sind nicht austauschbar.

Wenn die geregelte Größe unklar ist, vergleichen Sie proportionale Durchfluss- und proportionale Druckregelventile, bevor Sie eine Angabe zu Totband oder Hysterese interpretieren.

Festo macht die Gerätegrenze deutlich. Die Daten des VPPM-Druckreglers nennen 1 % Linearität des Endwerts, 0,5 % Hysterese des Endwerts, 0,5 % Reproduzierbarkeit des Endwerts und 1,25 % Gesamtgenauigkeit des Endwerts als getrennte Werte (Festo VPPM, abgerufen 2026).

Für Kalibrierkennlinien, Referenzverfahren zur Linearität und formale Hystereseberechnungen verwenden Sie den speziellen Leitfaden zu Hysterese- und Linearitätsspezifikationen. Hier werden die Begriffe nur getrennt, damit die Messgrenze des Totbands eindeutig bleibt.

Was erzeugt eine Totzone nahe der Neutralstellung des Ventils?

Die MPYE-Daten von Festo aus dem Jahr 2025 spezifizieren einen positionsgeregelten Schieber, eine 5/3-Funktion mit geschlossener Mittelstellung und maximal 0,4 % Hysterese bezogen auf den maximalen Schieberhub. Diese Architektur zeigt, warum eine Schieberrückführung eine interne Fehlerquelle verringern kann, ohne eine Totzone von null im installierten Durchfluss oder Zylinderverhalten nachzuweisen (Festo MPYE, 2025).

Mehrere Mechanismen können einen inaktiven Bereich erzeugen oder vergrößern:

• Beabsichtigte Schieberüberdeckung: Ein Ventil mit geschlossener Mittelstellung kann Schieberweg benötigen, bevor eine Drosselkante öffnet. Das begrenzt die Leckage in Neutralstellung, erzeugt aber eine Durchflussschwelle.
• Haftreibung: Dichtungen, Führungen, Verschmutzung und Seitenkräfte widerstehen der ersten Bewegung. Sobald die Bewegung beginnt, kann die Gleitreibung geringer sein.
• Magnetische und stromregelungsbedingte Effekte: Die Spulenkraft hängt von Strom und Ankerposition ab. Reglerschwellen, Strombegrenzungen oder falsche PWM-Einstellungen können die Beziehung zwischen Befehl und Kraft verzerren.
• Ungleichgewicht der Druckkräfte: Versorgungsdruck, Abluftdruck und Anschlussgeometrie verändern die Kraft, die zum Bewegen eines internen Elements erforderlich ist.
• Mechanischer Verschleiß oder Spiel: Verschleiß kann die Reibung erhöhen, während Spiel bei der Umkehr eine Lücke zwischen verbundenen Teilen hinzufügen kann.
• Schwellen in der Signalkette: SPS-Skalierung, Auflösung der Ausgangskarte, analoge Filterung, Nullklemmen und interne Reglereinstellungen können außerhalb der Ventilmechanik eine Totzone erzeugen.

Die Spuleninduktivität gehört in erster Linie zum dynamischen Ansprechverhalten und nicht zum statischen Totband. Sie begrenzt, wie schnell sich der Strom ändert. Ebenso kann ein Analogausgang mit niedriger Auflösung Totband imitieren, weil mehrere Reglerschritte erforderlich sind, bevor sich das physische Signal ausreichend für eine Erkennung ändert. Die Trennung dieser Effekte verhindert, dass ein mechanisch intaktes Ventil wegen eines elektrischen Skalierungsproblems ersetzt wird.

Auch die Luftqualität ist wichtig. Partikel oder abgebautes Schmiermittel können die Reibung erhöhen und die Schwelle zwischen Prüfungen verschieben. Der Leitfaden zur Vermeidung von Verschmutzung in pneumatischen Steuerventilen behandelt Filterung und Inspektion, ohne jede klemmende Reaktion als elektronischen Abstimmungsfehler zu behandeln.

Warum entspricht das Totband des Ventils nicht dem Positionsfehler?

Festo beschreibt ein servopneumatisches Positioniersystem als Zylinder mit Wegmessgeber, proportionalem Wegeventil und Positionsregler. Die MPYE-Familie deckt einen nominalen Durchfluss von 100 bis 2.000 L/min ab. Damit gehören auch Ventildimensionierung, Luftleitfähigkeit, Sensorqualität, Reglerverhalten, Last und Zylindermechanik zur installierten Achse (Festo, 2025).

Eine Ventilspezifikation wird zwischen definierten Ventilgrößen gemessen. Der Positionsfehler der Achse wird an der Last gemessen. Zwischen diesen Grenzen liegen Schlauchvolumen, Kammerdruck, Dichtungsreibung, Führungsreibung, äußere Kräfte, Dämpfungsverhalten, Nachgiebigkeit, Sensormontage, Abtastzeit, Regelgesetz und Sicherheitsgrenzen.

Deshalb beweist die Multiplikation einer Ventilangabe von 1 % mit einem Hub von 500 mm keinen Positionierfehler von 5 mm. Der Ventilprozentsatz kann sich auf Schieberweg, Druck-Endwert, Eingangsspanne oder Hysterese beziehen. Die Achse kann den Restfehler durch Rückführung schließen oder schwingen, weil der Regler wiederholt eine inaktive Zone durchquert.

Drei Prüfungen beantworten unterschiedliche Fragen:

1. Befehl-zu-Schieber-Prüfung: Isoliert bei vorhandener Schieberrückführung einen großen Teil der Ventilelektronik und -mechanik.
2. Befehl-zu-Durchfluss- oder Druckprüfung: Bezieht Drosselkanten, Druckbedingungen und pneumatische Last ein.
3. Befehl-zu-Achse-Prüfung: Bezieht die gesamte Maschine ein und bildet die Abnahmegrenze für die Positionsgenauigkeit.

Die Kompressibilität der Luft trennt Ventil- und Lastreaktion zusätzlich. Eine Durchflussänderung muss zuerst Masse und Druck in der Kammer ändern, bevor sich die Nettokraft ändert. Dieses Verhalten wird unter dem Einfluss der Luftkompressibilität auf die Zylinderregelung behandelt.

Wie sollte das Totband an einer realen Maschine gemessen werden?

Für den Vergleich unter Durchflussbedingungen verwendete Emerson Befehlsschritte von 0,5 %, 1 %, 2 %, 5 % und 10 %, um drei Ventilbaugruppen zu unterscheiden. Das Handbuch warnt, dass eine reine Messung der Spindelbewegung irreführend sein kann, wenn sich der geregelte Durchfluss nicht ändert. Deshalb muss der ausgewählte Prozessausgang zusammen mit dem Eingang aufgezeichnet werden (Emerson, 2023).

Wählen Sie einen Eingang $u$ und einen beobachtbaren Ausgang $y$. Für eine neutrale Durchflussprüfung sei $u_-$ die Schwelle auf der negativen Seite und $u_+$ die Schwelle auf der positiven Seite, bei der $|y|$ erstmals ein dokumentiertes Erkennungskriterium überschreitet. Die normierte inaktive Spanne lautet:

$D_{\\mathrm{test}}$ ist die gemessene Breite der Totzone als Prozentsatz der geprüften Eingangsspanne. Sie ist nicht automatisch die Totbandspezifikation des Herstellers. Geben Sie mit dem Ergebnis Befehlseinheiten, Ausgangseinheiten, Schwellenregel, Richtung, Versorgungsdruck, nachgeschaltete Bedingung, Temperatur, Last und Abtastverfahren an.

Verwenden Sie ein kontrolliertes Verfahren:

1. Erwärmen Sie Elektronik und Ventil auf einen wiederholbaren Betriebszustand.
2. Stabilisieren Sie den Versorgungsdruck und erfassen Sie den Druck am Ventil, nicht nur im Kompressorraum.
3. Deaktivieren Sie Anpassungen, die während der Prüfung Schwellen verändern würden, lassen Sie erforderliche Sicherheitsgrenzen aber aktiv.
4. Fahren Sie zu einem definierten Startpunkt und halten Sie dort, bis Druck, Durchfluss oder Position eingeschwungen sind.
5. Fahren Sie den Befehl mit einer zur Bandbreite des Geräts passenden Rate in eine Richtung hoch oder führen Sie entsprechende Schritte aus.
6. Zeichnen Sie Befehl, Spulenstrom (sofern verfügbar), Schieberrückführung, Druck oder Durchfluss und die endgültige geregelte Größe auf einer gemeinsamen Zeitbasis auf.
7. Wiederholen Sie die Prüfung in der Gegenrichtung und über mehrere Zyklen.
8. Wiederholen Sie die Prüfung bei relevanter Last, relevantem Druck, relevanter Temperatur und den vorgesehenen Montagebedingungen.

Wählen Sie nicht für jedes Ventil eine beliebige Rampe von 0,1 % pro Sekunde oder eine feste Gerätegenauigkeit. Eine für einen Druckregler langsame Rate kann in einem anderen System mit Leckage oder Reglerintegration wechselwirken. Prüfrate und Erkennungsschwelle gehören in den Prüfbericht.

Nach unserer Erfahrung verkürzt es die Diagnose meist, Befehl, tatsächlichen Spulenstrom, Kammerdruck und Position gemeinsam darzustellen. Ein flaches Segment zwischen Befehl und Strom weist auf einen Fehler vor dem Ventil hin. Strom ohne Durchfluss deutet auf Ventilmechanik oder Druckbedingungen. Durchfluss ohne erwartete Bewegung lenkt die Aufmerksamkeit auf Aktuator, Last, Reibung oder Rückführung.

Die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie macht den Fehler sichtbar

Festo veröffentlicht für die MPYE Varianten mit Sollwerten von 0-10 V und 4-20 mA und gibt maximal 0,4 % Hysterese bezogen auf den maximalen Schieberhub an. Eine bidirektionale Kennlinie sollte daher die originale Befehlsskala erhalten und die Hysterese von der zentralen inaktiven Spanne trennen (Festo MPYE, 2025).

Der vertikale Abstand zwischen steigender und fallender Kurve beim gleichen Eingang ist nicht dieselbe Messgröße wie die zentrale inaktive Spanne. Halten Sie Messrauschen, Sättigung und Nullklemmen aus beiden Vergleichen heraus oder weisen Sie sie separat aus. Verwenden Sie den Leitfaden zu Hysterese und Linearität, wenn der Richtungsfehler der Kennlinie und nicht das Totband das Abnahmekriterium ist.

Wann kann Totband zu Jagen oder Begrenzungszyklen führen?

Emerson stellt fest, dass Regelkorrekturen häufig 1 % der Spanne oder weniger betragen, und definiert Jagen als eine anhaltende unerwünschte Schwingung nahe der Stabilitätsgrenze. Totband kann beteiligt sein, wenn der Regler den Fehler so lange aufintegriert, bis sein Befehl den inaktiven Bereich überschreitet. Ob die Schwingung tatsächlich bestehen bleibt, bestimmen jedoch Reglereinstellung und Prozessdynamik (Emerson, 2023).

Eine häufige Abfolge ist leicht zu erkennen:

1. Ein Positionsfehler besteht, aber die Korrektur des Reglers bleibt innerhalb der Totzone.
2. Der Integralanteil akkumuliert weiter, weil der gemessene Ausgang nicht reagiert hat.
3. Der Befehl überschreitet schließlich die Reaktionsschwelle und der Luftdurchfluss ändert sich abrupt.
4. Die Achse bewegt sich über das Ziel hinaus oder baut gespeicherte pneumatische Energie ab.
5. Das Vorzeichen des Fehlers wechselt, aber die Gegenkorrektur muss die entgegengesetzte Schwelle überschreiten.
6. Der Zyklus wiederholt sich, wenn Dämpfung, Reibung, Verzögerung und Reglerverstärkung ihn aufrechterhalten.

Totband allein beweist keine Instabilität. Ein stabiler Regelkreis kann einen gemessenen inaktiven Bereich tolerieren und sich innerhalb eines zulässigen Positionsfensters einregeln. Umgekehrt kann ein Ventil mit kleiner Kataloghysterese trotzdem jagen, wenn der Regelkreis eine zu hohe Integralverstärkung, geringe Dämpfung, lange Verzögerung, verrauschte Rückführung, ein überdimensioniertes Ventil oder asymmetrische Zylinderreibung aufweist.

Prüfen Sie das Signalbild, bevor Sie PID-Werte ändern. Ein sägezahnförmiger Reglerausgang, der über zwei wiederholbare Schwellen ansteigt, deutet auf eine Wechselwirkung mit der Totzone hin. Schneller, verrauschter Strom bei geringer Schieberbewegung spricht für Reibung oder Treiberverhalten. Gleichmäßige Schieberbewegung bei Druckschwingungen lenkt die Aufmerksamkeit auf Durchflusskapazität, Luftvolumen, Last oder Sensorposition.

Wie sollte das Totband eines Proportionalventils kompensiert werden?

Eine elektropneumatische Aktuatorstudie aus dem Jahr 2021 verglich eine Polvorgaberegelung ohne Kompensation, eine konventionelle inverse Totzonenkompensation und eine geglättete Vorsteuerungsmethode. Unter den dortigen Prüfbedingungen verringerte die vorgeschlagene Methode den stationären Grundfehler um 90 % und verkürzte Einschwing- und Anstiegszeit um 30 % beziehungsweise 40 % (Sunar et al., 2021).

Diese Ergebnisse stützen eine charakterisierungsbasierte Kompensation und keinen universellen Offset. Wenden Sie Korrekturen in dieser Reihenfolge an:

1. Physische Fehler beseitigen. Korrigieren Sie Verschmutzung, beschädigte Dichtungen, lose Kupplungen, Seitenlast, instabilen Versorgungsdruck, blockierte Abluft und Verdrahtungsfehler.
2. Treiber prüfen. Bestätigen Sie Befehlsskalierung, tatsächlichen Spulenstrom, minimale und maximale Stromeinstellungen, PWM-Konfiguration, Rampen und Nullabschaltung anhand der Handbücher des konkreten Ventils und Reglers.
3. Beide Richtungen abbilden. Ermitteln Sie positive und negative Reaktionsschwellen über wiederholte Zyklen und relevante Betriebsbedingungen.
4. Eine richtungsabhängige Vorsteuerung ergänzen. Ein einfaches Anfangsmodell verwendet $u_c = u + b_+$ für positive Befehle und $u_c = u - b_-$ für negative Befehle, wobei $b_+$ und $b_-$ gemessene richtungsabhängige Offsets sind.
5. Den Übergang glätten. Ein harter Befehlssprung bei null kann Rattern erzeugen. Blenden Sie die Kompensation innerhalb eines dokumentierten Übergangsbereichs ein oder begrenzen Sie ihre Änderungsrate.
6. Den Integrator schützen. Anti-Windup und Ausgangsbegrenzungen verhindern, dass der Regler eine große Korrektur speichert, während der Aktuator gesättigt oder inaktiv ist.
7. Neu abstimmen und erneut validieren. Die Kompensation verändert die effektive Schleifenverstärkung nahe der Neutralstellung. Wiederholen Sie Kleinprüfungen, Umkehr-, Störungs- und Prüfungen bei ungünstigster Last.

Übernehmen Sie kein festes Dither-Rezept. Die Elektronik des Typs 8605 von Bürkert bietet eine einstellbare PWM-Frequenz und modellspezifische Konfiguration, weil die elektromagnetische und fluidische Reaktion vom ausgewählten Ventil, der Spule, dem Strombereich und der Anwendung abhängt (Bürkert 8605, abgerufen 2026).

Für den umfassenderen Ablauf zur Einstellung von Verstärkung, Integral- und Differentialanteil sowie Anti-Windup verwenden Sie den separaten Leitfaden zur PID-Abstimmung von Proportionalventil- und Zylindersystemen. Die Totbandcharakterisierung sollte vor einer aggressiven Abstimmung abgeschlossen sein.

Der sicherste Kompensationswert ist der kleinste, der eine wiederholbare Reaktion wiederherstellt, ohne einen unstetigen Ausgangssprung zu erzeugen. Wenn sich die ermittelten Schwellen mit Druck, Temperatur oder Zeit deutlich verschieben, verdeckt ein statischer Offset einen sich verändernden Fehler. Verwenden Sie eine geplante Kennfeldkompensation oder reparieren Sie die Hardware, statt den Offset unbegrenzt zu erhöhen.

Welche Angaben muss eine Proportionalventil-Spezifikation enthalten?

Die MPYE-Familie von Festo kombiniert 100-2.000 L/min nominalen Durchfluss, fünf Nennweiten, Sollwerte von 0-10 V oder 4-20 mA, maximal 0,4 % Hysterese des Schieberwegs und eine modellabhängige Grenzfrequenz von 70-115 Hz. Diese Werte beschreiben unterschiedliche Auswahlachsen und müssen an die genaue Variante und Prüfdefinition gebunden bleiben (Festo MPYE, 2025).

Eine RFQ- oder Regelspezifikation sollte festhalten:

• Ventilfunktion: proportionaler Druck, 2/2-Durchfluss oder 5/3-Wegefunktion;
• Hersteller, vollständiger Modellcode, Firmware, Treiber und Spule;
• Befehlsart und -spanne, zum Beispiel 0-10 V, 4-20 mA oder Feldbus;
• geregelter Ausgang und Rückführungssignal: Schieberposition, Druck, Durchfluss, Geschwindigkeit, Kraft oder Position;
• Definitionen von Totband, neutraler Totzone, Hysterese, Empfindlichkeit, Wiederholbarkeit und Linearität;
• Referenzspannen von Eingang und Ausgang, die für jeden Prozentsatz verwendet werden;
• Versorgungs- und Abluftdruck, Temperatur, Medium, Durchflussrichtung und nachgeschaltete Last;
• nominaler Durchfluss oder Leitwert sowie die für diese Angabe verwendeten Druckbedingungen;
• dynamische Daten einschließlich Kleinbefehl-Reaktion, Grenzfrequenz, Filterung und Rampeneinstellungen;
• Mindeststrom, Höchststrom, PWM-Frequenz, Nullabschaltung und Stromregelungsverfahren;
• Zylinderbohrung, Stangendurchmesser, Hub, Nutzlast, Ausrichtung, Führungen und reibungsempfindliche Dichtungen;
• Encodertyp, Auflösung, Montage, SPS-Zykluszeit, Abtastzeit des Reglers und Abnahmefenster;
• eine belastete bidirektionale Abnahmeprüfung mit Rohdaten und Bestehens-/Nichtbestehensschwellen.

Die Ventilgröße bleibt wichtig. Überdimensionierung erhöht die Durchflussverstärkung bei kleinen Öffnungen und kann dazu führen, dass jede Schwellenüberschreitung eine größere Druck- oder Geschwindigkeitsänderung erzeugt. Verwenden Sie für die Kapazität den Leitfaden zur Dimensionierung von Durchflussregelventilen, halten Sie Cv oder nominalen Durchfluss aber getrennt vom Totband.

Für Druckregleranwendungen vergleichen Sie Spezifikationen des Druckausgangs, statt Daten zum Schieber eines Wegeventils zu übernehmen. Der Leitfaden zu proportionalen Druckreglern erklärt diese Gerätegrenze.

Eine Inbetriebnahmesequenz, die Ventil- und Regelkreisfehler trennt

Bürkert gibt für aktuelle Varianten des Typs 8605 einen einstellbaren PWM-Bereich von 80 Hz bis 6 kHz und eine Rampenfunktion von 0 bis 10 Sekunden an. Dieser große Konfigurationsbereich widerlegt die Annahme, dass eine Ditherfrequenz oder Rampenrate zu jedem proportionalen Magnetventil passt (Bürkert Type 8605, 2026).

Nehmen Sie die Inbetriebnahme vom Signal nach außen vor:

1. Signalschicht: Prüfen Sie SPS-Einheiten, Rohzählwerte, Polarität, Nullpunkt, Spanne, Erdung sowie die tatsächliche Spannung oder den tatsächlichen Strom am Ventil.
2. Treiberschicht: Protokollieren Sie angeforderten und gemessenen Strom. Bestätigen Sie Stromregelung, PWM-Frequenz, Grenzwerte, Filterung und thermisches Verhalten.
3. Ventilschicht: Messen Sie, sofern verfügbar, die Schieberrückführung und anschließend den Druck oder Durchfluss bei steigenden und fallenden Befehlen.
4. Pneumatikschicht: Erfassen Sie Versorgungsdruck am Ventil, Kammerdruck, Abluftzustand, Schlauchabmessungen und gleichzeitig arbeitende Verbraucher.
5. Mechanikschicht: Prüfen Sie Führungen, Ausrichtung, Nutzlast, Losbrechreibung, Eintritt in die Dämpfung, externe Anschläge und Seitenlast.
6. Rückführungsschicht: Prüfen Sie Encoderrichtung, Skalierung, Auflösung, Abtastzeit, Steifigkeit der Montage und elektrisches Rauschen.
7. Reglerschicht: Beginnen Sie mit konservativen Verstärkungen, schützen Sie den Integrator und vergleichen Sie kleine Schritte mit Richtungsumkehr.
8. Abnahmeschicht: Wiederholen Sie die Prüfung bei minimalem Versorgungsdruck, maximaler Nutzlast, thermischem Gleichgewicht und dauerhaftem Takt.

Speichern Sie die Rohkurven. Eine einzelne angezeigte Positionszahl zeigt nicht, ob das Ventil nicht reagierte, der Kammerdruck zu langsam anstieg, die Mechanik klemmte oder der Regler wiederholt eine neutrale Schwelle überschritt. Der Artikel zur Positionsregelung pneumatischer Zylinder liefert ein umfassenderes Inbetriebnahmeprotokoll.

FAQs zum Totband von Proportionalventilen: Was sollten Ingenieure fragen?

Aktuelle Herstellerdaten halten die Messgrößen getrennt: Festo nennt für den MPYE-Schieber maximal 0,4 % Hysterese, während SMC für eine ITV-Druckreglerfamilie 0,5 % Hysterese des Endwerts und ±0,2 % Empfindlichkeit des Endwerts angibt. Diese fünf Antworten erläutern, was diese Zahlen in einer Maschine nachweisen können und was nicht (Festo; SMC, abgerufen 2026).

Sind Totband und Hysterese dasselbe?

Nein. Emerson definiert das Totband als einen Eingangsbereich, der nach einer Richtungsumkehr durchlaufen wird, bevor sich der ausgewählte Ausgang ändert. Hysterese ist nach dieser Definition die maximale Differenz zwischen steigendem und fallendem Ausgang beim gleichen Eingang während eines Kalibrierzyklus, wobei das Totband ausgeschlossen wird. Melden Sie beide Größen und das Prüfverfahren (Emerson, 2023).

Bedeutet eine Ventilhysterese von 0,5 % eine Zylinderpositionsgenauigkeit von 0,5 %?

Nein. Die Angabe von 0,5 % des Endwerts bezieht sich auf die Hysterese eines bestimmten ITV-Druckreglers und nicht auf den Zylinderhub. Der Achsfehler hängt außerdem von geregelter Größe, Ventilfunktion, Luftdurchfluss, Druck, Last, Reibung, Encoder, Regler, Schlauchvolumen und Abnahmemethode ab. Prüfen Sie die vollständige Achse unter Last (SMC ITV, abgerufen 2026).

Kann PID-Abstimmung das Totband eines Proportionalventils beseitigen?

Der PID-Regler kann den Befehl über einen inaktiven Bereich treiben, beseitigt aber die physische Nichtlinearität nicht. Ein zu starker Integralanteil kann Fehler speichern und zu Überschwingen oder Zyklen beitragen. Ein Versuch aus dem Jahr 2021 erzielte bessere Ergebnisse, indem ein ermitteltes Totzonenmodell mit geglätteter Vorsteuerung kombiniert und anschließend der geschlossene Regelkreis bewertet wurde (Sunar et al., 2021).

Sollte jedes proportionale Magnetventil Dither verwenden?

Nein. Varianten des Bürkert-Typs 8605 bieten einen einstellbaren PWM-Bereich von 80 Hz bis 6 kHz und eine ventilabhängige Parametrierung. Die passende Frequenz, der Strombereich und das Verhalten bei null hängen von der genauen Spule, Ventilmechanik, dem Medium, Druck, Treiber und Regelziel ab. Befolgen Sie die Dokumentation von aufeinander abgestimmtem Ventil und Elektronik (Bürkert, abgerufen 2026).

Wie oft sollte das Totband erneut gemessen werden?

Verwenden Sie zustands- und risikobasierte Intervalle statt einer einzigen Kalenderregel. Erstellen Sie bei der Inbetriebnahme eine belastete bidirektionale Referenz und wiederholen Sie die Prüfung nach Änderungen an Ventil, Treiber, Dichtung, Verschlauchung, Firmware, Druck oder Mechanik sowie immer dann, wenn sich Umkehrfehler oder Jageverhalten verändern. Der Diagnoseansatz von Emerson vergleicht aktuelle Kurven mit einem Auslieferungszustand (Emerson, 2023).

Quellen und technische Referenzen

Diese acht Hersteller-, Ingenieur- und peer-reviewten Quellen definieren das Totband, trennen modellspezifische statische Spezifikationen, dokumentieren 0,4 % Schieberhysterese und 70-115 Hz Grenzfrequenz, beschreiben PWM-Elektronik von 80 Hz bis 6 kHz und stützen eine gemessene Totzonenkompensation. Keine davon liefert eine universelle Umrechnung in Positioniergenauigkeit (Festo; Emerson).

1. Emerson, Control Valve Handbook, Sixth Edition, 2023. Abgerufen am 22.07.2026.
2. Festo, Proportional Directional Control Valve MPYE, 03/2025. Abgerufen am 22.07.2026.
3. Festo, Proportional-Pressure Regulator VPPM-6. Abgerufen am 22.07.2026.
4. Festo, Servopneumatic Positioning Systems. Abgerufen am 22.07.2026.
5. SMC, ITV1100/2100/3100 Electro-Pneumatic Regulator. Abgerufen am 22.07.2026.
6. Bürkert, Type 8605 PWM Control Electronics. Abgerufen am 22.07.2026.
7. Bürkert, Type 2873 Direct-Acting 2-Way Proportional Valve, 2026. Abgerufen am 22.07.2026.
8. Sunar et al., Improved Pole-Placement Control with Feed-Forward Dead-Zone Compensation for Position Tracking of an Electro-Pneumatic Actuator System, 2021. Abgerufen am 22.07.2026.