Hysterese bei Proportionalantrieben: Präzision messen und

Hysterese eines Proportionalantriebs ist die richtungsabhängige Positionsabweichung, die entsteht, wenn eine Achse bei demselben Befehl nach einer Annäherung aus der Gegenrichtung eine andere Position erreicht. Die Lösung ist keine universelle PID-Einstellung. Messen Sie eine bidirektionale Befehl-Positions-Kennlinie, ermitteln Sie die Stelle, an der sich die Pfade trennen, beheben Sie die physikalische Ursache und kompensieren Sie nur die stabile Restabweichung.

Eine proportionale Pneumatikachse besteht aus mehr als einem Antrieb. Festo beschreibt das Grundsystem als Zylinder mit Wegaufnehmer, Proportional-Wegeventil und Positionsregler (Servopneumatische Positioniersysteme von Festo, abgerufen 2026). Hysterese kann an jeder Schnittstelle zwischen diesen Elementen entstehen.

Die Richtung gehört zum Test.

Die wichtigsten Erkenntnisse

Vergleichen Sie Annäherungen bei steigendem und fallendem Befehl mit identischen Befehlen und eingeschwungenen Bedingungen.

SMC führt die Reglerhysterese von 0,5 % FS getrennt von Wiederholgenauigkeit und Empfindlichkeit auf.

Erfassen Sie Befehl, Ventil- oder Druckantwort, Antriebsposition und Prozessposition auf derselben Zeitbasis.

Beheben Sie Reibung, Spiel, Ausrichtungsfehler, Einschränkungen im Luftweg und Sensorprobleme, bevor Sie eine Richtungskompensation hinzufügen.

Was bedeutet Hysterese in einer proportionalen Pneumatikachse?

Bürkert definiert Ventilhysterese als die größte Differenz des fluidischen Ausgangs bei steigender und fallender Durchquerung des gesamten elektrischen Eingangsbereichs, bezogen auf den maximalen fluidischen Ausgang (Bürkert-Übersicht zu Proportionalventilen, abgerufen 2026). Ein Antriebstest übernimmt dieses Richtungsprinzip, muss aber einen Positionsausgang benennen.

Wählen Sie für eine installierte Linearachse einen Befehl $u$ und eine gemessene Position $x$ . Bei einem abgeglichenen Befehl $u_i$ beträgt die absolute bidirektionale Abweichung:

H_x(u_i) = \left|x_{\uparrow}(u_i) - x_{\downarrow}(u_i)\right|

Hierbei ist $x_{\uparrow}$ die eingeschwungene Position nach der Annäherung von der unteren Seite und $x_{\downarrow}$ die eingeschwungene Position nach der Annäherung von der oberen Seite. Geben Sie $H_x$ in Millimetern an. Der Befehl kann eine Sollposition, einen Ventileingang oder eine andere deklarierte Variable darstellen, aber ein Test darf die Definition nicht auf halbem Weg wechseln.

Das normierte Ergebnis lautet:

H_{x,\mathrm{FS}} = \frac{\max_i H_x(u_i)}{X_{\mathrm{span}}}\times 100\%

Benennen Sie beide Pfade.

In diesem Ausdruck ist $X_{\mathrm{span}}$ der deklarierte gemessene Verfahrweg und nicht automatisch der Kataloghub des Zylinders. Wenn der Prozess in einem 500-mm-Zylinder nur ein 300-mm-Arbeitsfenster nutzt, geben Sie an, welcher Verfahrweg den Nenner bildet. Ein Prozentsatz ohne diesen Nenner kann keine Toleranzentscheidung stützen. Hysterese ist nicht dasselbe wie Genauigkeit. Genauigkeit vergleicht die gemessene Position mit einer Referenzsollposition. Wiederholgenauigkeit vergleicht wiederholte Ergebnisse bei einer definierten Annäherung. Auflösung beschreibt das kleinste dargestellte oder erkennbare Inkrement. Totzone beschreibt einen Eingangsbereich ohne definierte Antwort. Dynamische Verzögerung beschreibt einen zeitabhängigen Nachführfehler. Diese Größen können sich beeinflussen, beantworten aber unterschiedliche Fragen.

Daher ist die nützlichste Diagnosebezeichnung ein geordnetes Paar: Befehl-Positions-Hysterese, Befehl-Druck-Hysterese, Druck-Kraft-Hysterese oder Prozess-Positions-Hysterese. Eine pauschale Aussage wie „der Antrieb hat 1 % Hysterese“ verschleiert die Messgrenze. Sie kann sich auf einen Ventilprüfstand, einen Wegaufnehmer, einen Zylinder oder die vollständige Maschine beziehen.

Für Bauteilbegriffe und Datenblattvergleiche siehe den Leitfaden zu Hysterese und Linearität von Proportionalventilen. Der Leitfaden zu Hystereseschleifen bei der proportionalen Druckregelung von Zylindern behandelt den Druck als Messausgang. Dieser Artikel stellt die endgültige Antriebs- oder Prozessposition in den Mittelpunkt.

Welche Abweichung stammt vom Ventil, von der Mechanik oder vom Sensor?

Der SMC-Regler ITV führt Hysterese von höchstens 0,5 % FS, Wiederholgenauigkeit von höchstens ±0,5 % FS und Empfindlichkeit von höchstens 0,2 % FS als getrennte Kenngrößen auf (SMC-ITV-Katalog, abgerufen 2026). Diese Werte für die Druckregelung dürfen nicht direkt in ein Positionsfehlerbudget des Schlittens übernommen werden.

Die vollständige Achse enthält mehrere richtungsabhängige Effekte:

Quelle	Richtungsabhängiger Mechanismus	Signal, das ihn sichtbar macht	Warum sich der Positionsregelkreis ändert
Ventilelektronik oder Schieber	Magnetisches Verhalten, Schieberreibung, Überdeckung, internes Regelverhalten	Befehl im Vergleich zu Schieberrückmeldung, Volumenstrom oder geregeltem Druck	Der gleiche elektrische Eingang erzeugt einen anderen pneumatischen Ausgang
Zylinderdichtungen	Losbrechkraft und Bewegungsreibung unterscheiden sich	Die Druckdifferenz in den Kammern steigt, während die Position unverändert bleibt	Zum Starten der Bewegung ist mehr Kraft nötig als zu ihrer Aufrechterhaltung
Pneumatischer Luftweg	Schlauchvolumen, gedrosselte Abluft, Versorgungseinbruch, ungleicher Anschlussvolumenstrom	Die Kammerdrücke reagieren je nach Richtung oder Geschwindigkeit unterschiedlich	Verfügbare Beschleunigungs- und Bremskraft hängen von der Richtung ab

Die nächsten drei Quellen liegen dagegen im Mess-, Mechanik- oder Regelpfad:

Quelle	Richtungsabhängiger Mechanismus	Signal, das ihn sichtbar macht	Warum sich der Positionsregelkreis ändert
Externe Führung oder Gestänge	Spiel, Vorspannung, Klemmen, Fehlausrichtung, Kabelkraft	Die Antriebsposition ändert sich vor der Prozessposition, oder die Kraft kehrt sich über dem Spiel um	Zwischen Sensor- und Prozessbezugspunkt entsteht ein Leerlauf
Positionssensor	Sensorhysterese, Bewegung der Halterung, Kalibrierfehler, Filterung	Die externe Referenz stimmt nicht mit der integrierten Positionsmessung überein	Der Regler korrigiert auf eine verzerrte Messung hin
Regler	Totzonenlogik, Integratorzustand, Sättigung, richtungsspezifische Kennlinie	Der Positionsfehler ändert sich, wenn der Softwarezustand zurückgesetzt oder die Kompensation deaktiviert wird	Der Befehlspfad selbst wird verlaufsabhängig

Der DFPI-Antrieb mit externer Rückmeldung von Festo zeigt beispielsweise, warum nicht jedes Positionssignal als fehlerfrei gelten darf. Für die angegebene Version nennt der Katalog eine Wiederholgenauigkeit von ±0,12 mm und eine Hysterese des Wegaufnehmers von 0,33 mm (Festo-DFPI-Daten, abgerufen 2026). Das sind modellspezifische Werte der Sensorkette und keine universellen Zylindergrenzen. Zusätzlich verdienen die Druckdynamik und ein eigener Test Aufmerksamkeit. Luftkompressibilität und Schlauchvolumen erzeugen Verzögerung und Nachgiebigkeit, aber Verzögerung allein ist keine statische Hysterese. Wird die Schleife bei höherer Befehlsrate breiter und schließt sie sich nach ausreichender Einschwingzeit wieder, liegt das Hauptproblem in der dynamischen Nachführung. Der Leitfaden zur Steuerung unter dem Einfluss der Luftkompressibilität erklärt diesen geschwindigkeitsabhängigen Pfad.

Auch mechanisches Spiel braucht eine eigene Messung. Ein am Antrieb montierter Sensor kann die befohlene Position melden, während sich eine lose Kupplung, ein Führungsspiel oder eine Vorrichtung noch auf der anderen Seite des Spiels befindet. Messen Sie am Prozessbezugspunkt, wenn dort die Produkttoleranz gilt. Andernfalls kann ein enger Reglerspurverlauf mit einem schlechten Montageergebnis zusammenbestehen.

Wie messen Sie richtungsabhängige Positionsfehler?

ISO 230-2:2014 verwendet wiederholte direkte Messungen an jeder Position, um Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit linearer oder rotatorischer Werkzeugmaschinenachsen zu bewerten (ISO 230-2, bestätigt 2025). Die Norm ist kein Standard für Pneumatikantriebe, aber ihre Disziplin aus abgeglichenen Positionen und wiederholten Messungen ist ein solides Modell für Abnahmetests.

Beginnen Sie mit der Festlegung der Testgrenze:

Benennen Sie den Eingang. Halten Sie fest, ob $u$ eine Sollposition, ein analoger Ventilbefehl, ein Sollwert für den geregelten Druck oder ein Reglersignal ist.
Benennen Sie den Ausgang. Verwenden Sie die Antriebsposition, Schlittenposition, Werkzeugmittelpunktposition oder Position eines Prozessmerkmals. Ersetzen Sie keine dieser Größen durch eine andere.
Definieren Sie den Arbeitsweg. Geben Sie Endpunkte, gesperrte Endbereiche, Einbaulage, Nutzlast, Führung und den Zustand des Prozesskontakts an.
Definieren Sie die Zeitregel. Ein statischer Test benötigt ein festgelegtes Einschwingband und eine Haltezeitregel. Ein dynamischer Test benötigt ein festgelegtes Profil, eine Abtastrate und einen Filter.
Fixieren Sie die Betriebsbedingungen. Erfassen Sie den Versorgungsdruck während der Bewegung, Temperatur, Luftqualität, Schläuche, Verschraubungen, Schalldämpfer, Ventilmodell, Reglerversion und Verstärkungssatz.
Verwenden Sie eine rückführbare Referenz. Ihre Unsicherheit und Auflösung müssen klein genug sein, um das geforderte Positionsband zu beurteilen.

Führen Sie anschließend vollständige steigende und fallende Sequenzen über identische Zielpunkte aus. Nähern Sie sich jedem Punkt aus der festgelegten Richtung, ohne einen abschließenden Korrekturstoß, der die Richtung umkehrt. Erfassen Sie wiederholte Schleifen statt nur einer attraktiven Einzelkurve. Enthält der Produktionszyklus eine andere Geschwindigkeit, Last oder Annäherungsrichtung, prüfen Sie diese Bedingung separat.

Angenommen, ein beispielhafter Arbeitsweg von 500 mm ergibt beim steigenden Annähern 250,4 mm und beim fallenden Annähern 249,6 mm bei demselben Befehl. Die absolute Abweichung beträgt:

H_x = \left|250.4 - 249.6\right| = 0.8\ \mathrm{mm}

Die normierte Abweichung beträgt:

H_{x,\mathrm{FS}} = \frac{0.8}{500}\times 100\% = 0.16\%

Diese Berechnung zeigt jedoch die richtungsabhängige Trennung an einem Punkt. Sie beweist keine Genauigkeit von ±0,4 mm, weil die mittlere Position weiterhin gegenüber der Referenz versetzt sein kann. Auch die Wiederholgenauigkeit ist erst belegt, wenn die Sequenz in derselben Richtung wiederholt und ihre Streuung angegeben wird. Halten Sie deshalb statische und dynamische Tests getrennt. Verwenden Sie zunächst eingeschwungene Punkte, um eine bleibende Pfadabhängigkeit sichtbar zu machen. Führen Sie anschließend das Produktionsbewegungsprofil aus, um Nachführfehler, Überschwingen, Einschwingzeit und Verhalten bei der Richtungsumkehr zu messen. Werden beide Aspekte in einer Schleife vermischt, wirkt pneumatische Verzögerung wie statische Hysterese und führt zu einer falschen Korrektur.

Eine signalweise Diagnosemethode

Festo beschreibt ein servopneumatisches Positioniersystem mit drei zentralen Regelelementen: Wegaufnehmer, Proportional-Wegeventil und Positionsregler (Festo, abgerufen 2026). Werden beide Kammerdrücke und eine externe Referenz für die Prozessposition ergänzt, werden diese drei Elemente zu einer praktischen Kette für die Fehlerisolierung.

Erfassen Sie diese Kanäle auf einer gemeinsamen Zeitbasis:

Sollposition;
Positionsfehler des Reglers, Ventilbefehl, Integratorzustand und Ausgangssättigung;
Rückmeldung der Ventilschieberposition, sofern verfügbar, andernfalls gemessene Volumenstrom- oder Druckantwort;
beide Kammerdrücke;
Verfahrweg des Antriebs;
externe Schlitten-, Werkzeug- oder Prozessposition am Toleranzbezugspunkt, gemessen mit einem unabhängigen Instrument, dessen Unsicherheit die Abnahmeentscheidung unterstützt;
Last oder Kraft, wenn der Prozesskontakt die Bewegung verändert.

Insbesondere hilft die Beziehung zwischen Kammerdruck und Kraft bei der Interpretation des Signalverlaufs:

F_{\mathrm{net}} = p_A A_A - p_B A_B - F_{\mathrm{load}} - F_{\mathrm{friction}}

Here, $p_A$ and $p_B$ are measured chamber pressures, $A_A$ and $A_B$ are effective piston areas, $F_{\mathrm{load}}$ is the external load projected onto the axis, and $F_{\mathrm{friction}}$ represents seal, guide, and mechanism friction. Use dynamic pressure at the cylinder ports where practical, not only the upstream regulator setting.

Then read the traces in order. Start with the first split:

Command separates before the valve. Direction-specific controller bias, integrator state, saturation, or compensation is creating the difference.
Valve or pressure separates at the same command. Investigate the valve characteristic, contamination, supply variation, exhaust restriction, and signal scaling.
Pressure differential changes but position waits. Seal stiction, guide binding, side load, or process contact is resisting motion.
Actuator position moves but process position waits. Backlash, coupling play, fixture compliance, or sensor placement is hiding lost motion.
Only faster profiles widen the loop. Treat bandwidth, tube volume, flow capacity, filtering, and controller delay before static mapping.

Verfolgen Sie die Signalkette, bevor Sie Verstärkungen ändern. Der erste Punkt, an dem sich steigende und fallende Kurven trennen, zeigt das Teilsystem für den nächsten Test.

Fügen Sie insbesondere nicht jeden beobachteten Prozentsatz zu einer einzigen Fehlersumme zusammen. Ventildruckhysterese, Sensorpositionshysterese, mechanischer Leerlauf und die Hysterese der endgültigen Prozessposition verwenden unterschiedliche Ausgänge und Nenner. Übertragen Sie jeden Beitrag erst dann in die Prozesseinheit, wenn seine Übertragungsbeziehung gemessen oder validiert wurde.

Der Leitfaden zur Schieberpositionsrückmeldung in Proportionalventilen erklärt, was eine interne Ventilrückmeldung beweisen kann und was nicht. Bei Ruckeln mit niedriger Geschwindigkeit nach dem Druckaufbau verwenden Sie neben dem synchronisierten Signalverlauf den Diagnoseleitfaden zu Stick-Slip in Zylindern.

Warum beseitigt eine Rückführung Hysterese nicht automatisch?

Festo erklärt, dass servopneumatisches Positionieren eine Encoder-Rückmeldung und ein proportionales Wegeventil verwendet, die Luft aber kompressibel bleibt und die geregelte Achse mechanisch nachgiebig ist (Servopneumatische Systeme von Festo, abgerufen 2026). Die Rückführung korrigiert den gemessenen Fehler; sie kann nicht jede verborgene Reibung, jedes Spiel oder jede Verschiebung des Prozessbezugspunkts direkt erkennen.

Mit anderen Worten, der Regler arbeitet mit:

e(t) = x_{\mathrm{ref}}(t) - x_{\mathrm{meas}}(t)

Hierbei ist $e(t)$ der gemessene Positionsfehler, $x_{\mathrm{ref}}(t)$ das Ziel und $x_{\mathrm{meas}}(t)$ die Rückmeldeposition. Ist der Rückmeldesensor vor einer losen Kupplung montiert, kann der Regler $e(t)$ nahezu auf null reduzieren, während das Prozesswerkzeug versetzt bleibt. Der Regelkreis hat keine Information über das, was sein Sensor nicht misst.

Reibung setzt beispielsweise eine weitere Grenze. Bei nahezu null Geschwindigkeit kann der Regler den Ventilbefehl erhöhen, während die Last stehen bleibt. Überschreitet die Druckdifferenz schließlich den Losbrechwiderstand, springt die Last, das Fehlersignal wechselt das Vorzeichen und der Regler kehrt die Richtung um. Eine höhere Proportional- oder Integralverstärkung kann daraus ein Pendeln machen. Das Symptom sieht nach schlechter Abstimmung aus, der Auslöser ist jedoch oft physikalisch. Ventilsättigung entzieht dem Regelkreis aus einem anderen Grund die Stellautorität. Kann ein kleines Ventil den erforderlichen Volumenstrom nicht liefern, erzeugt ein größerer Befehl keine zusätzliche Beschleunigung. Ist das Ventil deutlich überdimensioniert, können kleine Befehlsänderungen im Arbeitspunkt große Volumenstromänderungen bewirken. Bürkert weist darauf hin, dass eine übergroße Öffnung schon bei geringer Öffnung den vollen Volumenstrom erreichen und dadurch nutzbare Auflösung und Regelqualität beeinträchtigen kann.

Vorsteuerung kann zwar den vorhersehbaren Stellbedarf verringern, und ein Integralanteil kann eine konstante Abweichung beseitigen. Beides darf jedoch keine veränderte Führung, undichte Dichtung, lose Verbindung oder instabile Versorgung verdecken. Erfassen Sie den Signalverlauf, bevor Sie den Regelkreis ändern. Der Leitfaden zur PID-Abstimmung für Proportionalventil- und Zylindersysteme ist der nächste Schritt, sobald der Hardwarepfad stabil ist.

Was sollten Sie vor einer Kompensation beheben?

Der DFPI-Katalog von Festo zeigt, warum eine Korrektur nicht für jeden Antrieb passt: Eine Version mit externer Rückmeldung nennt 0,33 mm Encoderhysterese, während eine Version mit integriertem Regler ±1 % FS Hysterese und eine Totzone von 1 % FS angibt (Festo DFPI, abgerufen 2026). Die Korrektur muss zum gemessenen Teilsystem und Modell passen.

Arbeiten Sie in dieser Reihenfolge. Beheben Sie, was die Signalverläufe zeigen:

Machen Sie die Mechanik wiederholbar. Korrigieren Sie Ausrichtung, Seitenlast, lose Befestigungen, Führungsvorspannung, Kupplungsspiel, Verformung der Vorrichtung, Kabelzug und Schwankungen des Prozesskontakts.
Stellen Sie den pneumatischen Luftweg wieder her. Prüfen Sie Luftqualität, dynamischen Versorgungsdruck, Innendurchmesser und Länge der Schläuche, Verschraubungen, Schalldämpfer, Ventilauslegung, Abluftkapazität, Leckagen und Zylinderdichtungen.
Prüfen Sie die Messkette. Bestätigen Sie Sensorbefestigung, Bezugspunkt, Kalibrierung, Polarität, Skalierung, Filterung, Abtastzeit, Auflösung und Unsicherheit anhand einer externen Referenz.
Bestätigen Sie Ventil und I/O. Prüfen Sie Befehlsbereich, elektrische Referenz, Schieber- oder Druckantwort, interne Diagnosen, Steckverbinder, Verunreinigung und modellspezifische Leistungsgrenzen.
Identifizieren und stimmen Sie die Achse neu ab. Verwenden Sie die tatsächliche Nutzlast, Einbaulage, Versorgung und das Bewegungsprofil. Setzen Sie sichere Grenzwerte für Geschwindigkeit, Beschleunigung, Fehler und Zeitüberschreitung, bevor Sie die Verstärkung erhöhen.
Vermessen Sie nur die verbleibende stabile Abweichung. Eine Richtungskompensation ist erst gerechtfertigt, wenn sich das Restmuster über genügend Zyklen und Betriebsbedingungen wiederholt.

Warum diese Reihenfolge? Eine Softwaretabelle kann beispielsweise einen stabilen richtungsabhängigen Versatz von 0,4 mm bei einer bestimmten Temperatur und Last ausgleichen. Sie kann jedoch keine Kupplung zuverlässig kompensieren, die sich unvorhersehbar bewegt, keine Dichtungsreibung, die sich nach der Wartung ändert, und keinen Druckabfall, der beim Zyklus einer anderen Maschine auftritt. Diese Fehler verändern die Kennlinie selbst.

Verwenden Sie Dithering ebenso wenig standardmäßig. Ein kleiner hochfrequenter Befehl kann manche Schieber- oder Reibungseffekte reduzieren, aber auch hörbares Geräusch, zusätzlichen Luftverbrauch, Wärme, Verschleiß, Druckwelligkeit und unerwünschte Bewegung erzeugen. Verwenden Sie nur ein vom Ventil oder Regler unterstütztes Verfahren mit definierter Amplitude, Frequenz, Prozessgrenze und Validierungsprüfung.

Wichtig ist außerdem, dass Sicherheitsgrenzen unabhängig von der Präzisionsabstimmung bleiben. Definieren Sie das Verhalten bei Sensorausfall, Verlust des Ventilbefehls, Versorgungsausfall, übermäßigem Nachführfehler, unerwarteter Bewegung und Annäherung an den Endanschlag. Gespeicherte pneumatische Energie kann die Achse bewegen, nachdem der elektrische Regelzustand gewechselt hat. Wenden Sie vor Tests über den vollständigen Arbeitsweg die Risikobeurteilung der Maschine und die relevante Sicherheitsarchitektur an.

Richtungskennlinie und Regelkompensation

Die MPYE-Daten von Festo aus dem Jahr 2025 nennen eine maximale Hysterese von 0,4 % bezogen auf den maximalen Schieberweg sowie je nach Ventilgröße eine Grenzfrequenz von 70 bis 115 Hz (Festo-MPYE-Daten, abgerufen 2026). Diese Werte beschreiben eine Familie positionsgeregelter Schieber, daher muss die Achskompensation modell- und systemspezifisch bleiben.

Nach der Behebung physikalischer Fehler kann eine Richtungskennlinie beispielsweise eine stabile Restabweichung ausgleichen:

u_{\mathrm{corr}} = u_{\mathrm{cmd}} + \Delta u_{\mathrm{dir}}(x, v, L)

Hierbei ist $u_{\mathrm{corr}}$ der korrigierte Befehl, $u_{\mathrm{cmd}}$ der ursprüngliche Befehl und $\Delta u_{\mathrm{dir}}$ eine gemessene Korrektur, indiziert nach Position $x$ , Richtung oder Geschwindigkeit $v$ und bei Bedarf Lastzustand $L$ . Verwenden Sie so wenige Dimensionen wie möglich, solange sie den Fehler reproduzieren.

Erstellen Sie die Kennlinie daher aus unabhängigen Kennzeichnungsdaten und validieren Sie sie anschließend mit separaten Zyklen. Wenn dieselben Daten die Kennlinie sowohl erzeugen als auch beweisen, kann sich das Ergebnis an Rauschen statt an die Achse anpassen. Prüfen Sie die Interpolation zwischen Kalibrierpunkten und das Verhalten an den Enden des Arbeitsbereichs. Begrenzen Sie Korrekturen, damit eine beschädigte Tabelle keine unsichere Bewegung anfordern kann.

Andere Kompensationsmöglichkeiten lösen dagegen andere Probleme:

Methode	Geeignete Restabweichung	Hauptgrenze
Richtungsspezifischer Versatz	Stabile Positionsabweichung nach der Richtungsumkehr	Behebt keine geschwindigkeitsabhängige Verzögerung
Reibungsvorsteuerung	Wiederholbare Kraft zum Starten oder Aufrechterhalten der Bewegung	Ändert sich mit Dichtungen, Schmierung, Last und Temperatur
Inverse Ventilkennlinie	Wiederholbare Nichtlinearität zwischen Befehl und Volumenstrom oder Druck	Benötigt abgeglichene Ventilbedingungen und nutzbare Stellautorität
Verstärkungsplanung	Die Anlagendynamik ändert sich vorhersehbar mit Position oder Last	Umschaltung oder Interpolation muss stabil bleiben
Störgrößenbeobachter oder Zustandsschätzer	Unvermessene Laständerungen bei validiertem Modell	Modell- und Sensorfehler können als Störung interpretiert werden
Integralregelung	Stabile gemessene Abweichung innerhalb der verfügbaren Stellautorität	Kann bei Haftreibung oder Sättigung auflaufen

Behandeln Sie eine Korrekturtabelle außerdem als kalibriertes Messgut und nicht als beiläufige Abstimmung. Geben Sie ihr eine Version, eine Serien- oder Konfigurationskennung der Achse, Testbedingungen, Erstellungsdatum, freigegebenen Bereich, Prüfsumme und Rückfallpfad. Validieren Sie sie nach einem Ventiltausch, einer Dichtungswartung, einer Sensoreinstellung, Arbeiten an der Führung, Regleränderungen oder Änderungen an den Schläuchen erneut.

Wie definieren Sie einen Abnahmetest?

ISO 230-2:2014 unterstützt Typ-, Abnahme-, Vergleichs-, periodische Verifikations- und Kompensationstests durch wiederholte Messungen an definierten Positionen (ISO 230-2, bestätigt 2025). Eine Anforderung für eine Pneumatikachse sollte ebenfalls Positionen, Richtungen, Wiederholungen, Betriebsbedingungen, Unsicherheit und den Prozessbezugspunkt festlegen, statt einen universell zulässigen Prozentsatz zu erklären.

Formulieren Sie insbesondere getrennte Grenzwerte für:

bidirektionale Abweichung;
Wiederholgenauigkeit in derselben Richtung über die festgelegten Wiederholungen und beide Annäherungen;
absoluter Fehler der Prozessposition;
Nachführfehler über das vollständige Profil einschließlich Beschleunigungs- und Umkehrbereichen;
Überschwingen und Einschwingzeit;
Halteband, Drift und Pendeln bei niedriger Geschwindigkeit während der Haltezeit;
kleinste steuerbare Bewegung nach der Richtungsumkehr;
alle geltenden Grenzwerte bei minimaler und maximaler Nutzlast, Versorgung und Temperatur sowie das geforderte Verhalten bei Sensor-, Strom- oder Druckluftverlust.

Eine nützliche Anforderung liest sich beispielsweise wie eine Prüfanweisung: „Nähern Sie sich bei den aufgeführten Zielwerten mit der angegebenen Nutzlast und dem angegebenen Versorgungsbereich jedem Ziel aus beiden Richtungen anhand des Produktionsprofils. Nach der festgelegten Einschwingregel muss die Prozessposition bei den erforderlichen Wiederholungen innerhalb des angegebenen Bands bleiben.“ Ergänzen Sie Messunsicherheit und Regeln zur Datenaufbewahrung.

Vermeiden Sie dagegen einen universellen Wert für „zulässige Hysterese“ bei allen Anwendungen. Das integrierte DFPI-Beispiel von Festo nennt für diese Produktkonfiguration eine Positioniergenauigkeit von 1 % FS, eine Hysterese von ±1 % FS und eine Totzone von 1 % FS. Der ITV-Wert von 0,5 % FS bei SMC bezieht sich auf den geregelten Druck. Keiner dieser Werte definiert automatisch eine Präzisionsmontageachse. Legen Sie die Maschinengrenze deshalb aus der Prozesstoleranz fest und verteilen Sie einen realistischen Anteil auf Messung, Regelung, Mechanik, Werkzeug, Produktstreuung und Umgebung. Lassen Sie unterschiedliche Einheiten sichtbar, bis ihre Übertragung auf die Prozessposition feststeht. Muss das Werkzeug innerhalb von Millimetern bleiben, schließen Sie das Budget in Millimetern ab.

Bewahren Sie schließlich die Rohsignalverläufe auf. Eine einzelne Gut/Schlecht-Zahl kann nicht zeigen, ob die Verschlechterung beim Ventilbefehl, bei der Druckantwort, der Losbrechkraft, der Antriebsrückmeldung oder der Prozessmechanik begann. Der regelmäßige Vergleich derselben synchronisierten Kanäle macht den Hysteresetest daher zu einer Wartungsdiagnose und nicht nur zu einer einmaligen Inbetriebnahmeprüfung.

FAQ zur Hysterese von Proportionalantrieben

SMC gibt für die ITV-Hysterese höchstens 0,5 % FS an und führt gleichzeitig eine Wiederholgenauigkeit von ±0,5 % FS sowie eine Empfindlichkeit von 0,2 % FS getrennt auf (SMC ITV, abgerufen 2026). Diese fünf Fragen bewahren die Unterscheidung bei der Diagnose einer vollständigen proportionalen Pneumatik-Positionierachse während der Inbetriebnahme.

Ist Hysterese dasselbe wie schlechte Wiederholgenauigkeit?

Nein. Hysterese vergleicht Ausgänge bei demselben Eingang nach Annäherung aus entgegengesetzten Richtungen. Wiederholgenauigkeit vergleicht wiederholte Ausgänge bei derselben festgelegten Annäherung. Eine Achse kann auf jedem Richtungsweg eng wiederholen, während die beiden Wege getrennt bleiben. Geben Sie bidirektionale Abweichung und Streuung in derselben Richtung als getrennte Größen mit eigenen Einheiten und Bedingungen an.

Beseitigt eine geschlossene Positionsregelung die Antriebshysterese?

Nein. Die Rückführung korrigiert den an ihrem Sensor sichtbaren Fehler, kann aber Kupplungsspiel, Bewegung der Vorrichtung, Prozessnachgiebigkeit oder einen verzerrten Sensor nicht direkt erkennen. Außerdem benötigt sie genügend Ventilautorität, um Reibung ohne Pendeln zu überwinden. Eine geschlossene Regelung kann stabile Fehler reduzieren, doch die vollständige belastete Achse benötigt weiterhin einen bidirektionalen Abnahmetest.

Kann eine höhere PID-Verstärkung richtungsabhängige Positionierfehler beheben?

Manchmal reduziert sie eine kleine gemessene Abweichung, aber Verstärkung kann kein Spiel, Klemmen, Ventilsättigung oder einen bewegten Sensorbezugspunkt beseitigen. Der Integralanteil kann bei Haftreibung auflaufen und sich als Überschwingen lösen. Korrigieren Sie zuerst den physikalischen und pneumatischen Pfad und stimmen Sie anschließend anhand synchronisierter Befehl-, Druck-, Positions- und Fehlersignale ab.

Welche Sensorauflösung ist für einen Hysteresetest erforderlich?

Verwenden Sie ein Messsystem, dessen Auflösung, Wiederholgenauigkeit, Kalibrierunsicherheit, Montagebeständigkeit und Abtastverhalten die geforderte Entscheidung unterstützen. Die Bitanzahl allein reicht nicht aus. Vergleichen Sie den integrierten Sensor am Prozessbezugspunkt mit einer externen Referenz und wenden Sie ein dokumentiertes Schutzband an, wenn die Messunsicherheit gegenüber dem Abnahmelimit erheblich ist.

Welcher Grenzwert für die Hysterese eines Proportionalantriebs ist zulässig?

Es gibt keinen universellen Prozentsatz. Legen Sie den Grenzwert aus Prozesstoleranz, Nutzlast, Annäherungsrichtung, Arbeitsweg, Versorgungsbereich, Temperatur, Bewegungsprofil, Einschwingregel, Wiederholungen und Messunsicherheit fest. Herstellerwerte gelten für das benannte Bauteil und die Testgrenze; geben Sie die vollständige Achse nur anhand ihres eigenen Abnahmetests am Prozessbezugspunkt frei.

Quellen und technische Referenzen

Bürkert, Produktübersicht: Proportionalventile. Definitionen von Hysterese und Wiederholgenauigkeit; abgerufen am 23.07.2026.
SMC, Katalog der elektro-pneumatischen Regler der ITV-Serie. Modellspezifische Eigenschaften der Druckregelung; abgerufen am 23.07.2026.
Festo, Servopneumatische Positioniersysteme. Systemarchitektur; abgerufen am 23.07.2026.
Festo, technische Daten des DFPI-Linearantriebs. Beispiele für Sensorkette und integrierten Regler mit unterschiedlichen Einheiten und Grenzen; abgerufen am 23.07.2026.
Festo, proportionales Wegeventil MPYE. Modellspezifische Schieberhysterese und Frequenzdaten; veröffentlicht 03/2025 und abgerufen am 23.07.2026.
ISO 230-2:2014, Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit der Positionierung numerisch gesteuerter Achsen. Disziplin wiederholter Positionsmessungen für Abnahme und periodische Verifikation, keine Spezifikation eines Pneumatikbauteils; bestätigt 2025 und abgerufen am 23.07.2026.

Warum ruiniert Hysterese die Präzision Ihres Proportionalantriebs, und wie lässt sie sich beheben?

Eric Zhou