Was ist der Einschaltdauer?

Die Einschaltdauer ist ein Maß dafür, wie lange ein Gerät im Vergleich zu seiner Ruhezeit arbeitet. Wenn ein Gerät beispielsweise 10 Sekunden lang arbeitet und dann 10 Sekunden lang pausiert und sich wiederholt, beträgt die Einschaltdauer 50%. Die Bewertung der Einschaltdauer ist entscheidend, um zu verstehen, wie lange ein Aktuator laufen kann, ohne das Risiko einer Überhitzung einzugehen, insbesondere bei elektrischen Aktuatoren. Dieser Artikel behandelt die wesentlichen Aspekte der Einschaltdauer bei Linearantrieben und Ventilen, wie die Formel zur Berechnung der Einschaltdauer, die Variation der Einschaltdauer bei verschiedenen Arten von Ventilen und Aktuatoren und wie man die Einschaltdauer mit einem Multimeter bestimmt.

Inhaltsverzeichnis

• Formel zur Berechnung der Einschaltdauer
• Einschaltdauer und Pulsbreite
• Einschaltdauer vs. Frequenz
• Einschaltdauer bei verschiedenen Ventiltypen
• Wie man die Einschaltdauer mit einem Multimeter überprüft
• Faktoren, die die Einschaltdauer beeinflussen
• FAQs

Formel zur Berechnung der Einschaltdauer

Die Einschaltdauer gibt an, wie lange das Signal im Vergleich zur gesamten Zyklusdauer eingeschaltet ist. Sie wird typischerweise als Prozentsatz ausgedrückt und mit der folgenden Formel berechnet:

Wenn ein Ventilaktuator beispielsweise 30 Sekunden lang arbeitet und 90 Sekunden lang pausiert, beträgt die Einschaltdauer 30/(90+30)×100 = 25%. Das bedeutet, dass der Aktuator 25% der Zeit aktiv und 75% der Zeit inaktiv ist. Eine Einschaltdauer von 70% bedeutet, dass das Signal 70% der Zeit eingeschaltet und die restlichen 30% ausgeschaltet ist.

Dieses Verhältnis ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten Aktuators für eine bestimmte Anwendung, um sicherzustellen, dass der Motor während des Betriebs seine thermischen Grenzen nicht überschreitet. Jeder Aktuator hat eine Grenze, wie viel Wärme er aushalten kann, bevor er beschädigt wird oder seine Leistung beeinträchtigt wird. Ein Aktuator mit einer Einschaltdauer von 25% sollte beispielsweise nicht mit einer Rate betrieben werden, die 25% erreicht oder überschreitet.

Für Prozesse, die häufige Ventileinstellungen erfordern, erhöht eine höhere Einschaltdauer die Effizienz, indem sie häufigere Durchflussmodulationen ermöglicht. Es ist jedoch wichtig, dies mit den thermischen Grenzen des Aktuators in Einklang zu bringen, um Schäden zu vermeiden.

Einschaltdauer und Pulsbreite

Die Pulsbreite bezieht sich auf die Dauer, für die ein Signal im eingeschalteten Zustand bleibt, typischerweise in Millisekunden gemessen. Die Einschaltdauer hingegen ist das Verhältnis der Pulsbreite zur gesamten Zykluszeit, ausgedrückt als Prozentsatz.

Wenn das Ventil mit unterschiedlichen Zeitdauern durch Pulsweitenmodulation aktiviert wird, ändert sich die Einschaltdauer. Wenn das Ventil beispielsweise für 0,03 Sekunden während eines 0,1-Sekunden-Zyklus eingeschaltet wird, beträgt die Einschaltdauer 30%. Wenn es innerhalb desselben 0,1-Sekunden-Zyklus für 0,08 Sekunden eingeschaltet wird, beträgt die Einschaltdauer 80%.

Einschaltdauer vs. Frequenz

Die Betriebsfrequenz gibt an, wie oft der vollständige Zyklus in einer Sekunde wiederholt wird. Betrachten Sie ein Magnetventil, das in einem Bewässerungssystem verwendet wird. Das Ventil hat eine Einschaltdauer von 50%. Angenommen, die gesamte Zykluszeit beträgt 20 Sekunden. Das bedeutet:

• Das Ventil ist 10 Sekunden lang geöffnet (50% von 20 Sekunden).
• Das Ventil ist 10 Sekunden lang geschlossen (die verbleibenden 50%).

Da die Zykluszeit 20 Sekunden beträgt, ist die Frequenz:

Frequenz = 1 Zyklus / 20 Sekunden = 0,05 Hz, oder ein Zyklus alle 20 Sekunden

In diesem Beispiel hilft die Einschaltdauer sicherzustellen, dass das Ventil nicht überhitzt oder durch kontinuierlichen Betrieb abgenutzt wird, während die Frequenz bestimmt, wie oft die Bewässerung erfolgt. Die Einschaltdauer und die Frequenz sollten innerhalb der vom Hersteller angegebenen Werte liegen.

Einschaltdauer bei verschiedenen Ventiltypen

Kugelhähne

Kugelhähne, insbesondere solche mit elektrischen Aktuatoren, werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine dichte Abdichtung und schnelle Reaktionszeiten erfordern. Sie sind aufgrund ihres robusten Designs und ihrer Fähigkeit, hohen Drücken und großen Volumen standzuhalten, für Anwendungen mit hoher Einschaltdauer geeignet. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Einschaltdauer des Aktuators nicht überschritten wird, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Absperrklappen

Absperrklappen werden häufig in großen Rohrleitungen eingesetzt, in denen der Platz begrenzt ist. Sie sind weniger geeignet für Anwendungen mit hoher Einschaltdauer im Vergleich zu Kugelhähnen aufgrund ihres Designs, das möglicherweise keine so dichte Abdichtung bietet. Sie sind jedoch effizient für Anwendungen mit moderaten Einschaltdauern und bei denen eine schnelle Betätigung nicht entscheidend ist.

Magnetventile

Reguläre Magnetventile sind für den intermittierenden Einsatz ausgelegt und erfordern Abkühlzeiten zwischen den Aktivierungen, um eine Überhitzung zu verhindern. Sie können während kurzer Einschaltzeiten hohe Leistung bewältigen, müssen jedoch für eine bestimmte Zeit ausgeschaltet bleiben, wobei die Einschaltdauern typischerweise zwischen 25% und 50% liegen. Ein Magnetventil mit einer Einschaltdauer von 25% kann beispielsweise 15 Sekunden lang betrieben werden und benötigt 45 Sekunden Ruhezeit. Diese sind geeignet für Anwendungen wie Anlasser und intermittierende Ventilsteuerung. Im Gegensatz dazu haben Magnetventile mit kontinuierlicher Einschaltdauer eine Einschaltdauer von 100%, die es ihnen ermöglicht, ohne Abkühlzeiten ununterbrochen zu arbeiten. Sie sind für niedrigere Leistungsstufen und verbesserte Wärmeverwaltung ausgelegt, was sie ideal für Anwendungen macht, die einen konstanten Betrieb erfordern, wie z.B. RV-Batterieladesysteme.

Wie man die Einschaltdauer mit einem Multimeter überprüft

Es ist entscheidend, die Einschaltdauer eines Systems zu messen, insbesondere bei Systemen, die Pulsweitenmodulation (PWM) oder andere Formen der Signalmodulation verwenden. In Systemen, die PWM zur Steuerung der Leistungsabgabe verwenden, wie z.B. Motorsteuerungen, LED-Dimmer oder Heizelemente, hilft die Messung der Einschaltdauer sicherzustellen, dass das System auf dem gewünschten Leistungsniveau arbeitet. Bei der Analyse digitaler Signale kann die Messung der Einschaltdauer helfen, zu überprüfen, ob Signale korrekt übertragen werden, mit den erwarteten Ein- und Ausschaltzeiten. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um die Einschaltdauer zu messen:

1. Bereiten Sie das Multimeter vor: Stellen Sie das Multimeter auf Frequenzmessung ein, indem Sie den Drehknopf auf Frequenz (Hz) einstellen (Abbildung 3, mit A gekennzeichnet). Drücken Sie die Taste Hz/%, um den Frequenz-/Einschaltdauermessmodus auszuwählen (Abbildung 3, mit B gekennzeichnet). Dieser Schritt kann je nach Multimetermodell variieren, daher sollten Sie den Produktkatalog für die genaue Konfiguration konsultieren.
2. Stecken Sie die Prüfspitzen ein: Stecken Sie die schwarze Prüfspitze in die COM-Buchse (Common) und die rote Prüfspitze in die V Ω-Buchse.
3. Verbinden Sie sich mit dem Stromkreis: Verbinden Sie die Prüfspitzen mit dem zu testenden Stromkreis und nehmen Sie die Messungen vor.

Faktoren, die die Einschaltdauer beeinflussen

Die Einschaltdauer variiert zwischen verschiedenen Aktuatoren und wird häufig in Produktbeschreibungen angegeben.

Bei einigen Aktuatoren, insbesondere DC-Aktuatoren, kann die Einschaltdauer auch von der Last abhängen, die sie handhaben. Eine schwerere Last kann den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung erhöhen, was die Einschaltdauer potenziell verringert. Um dies zu adressieren, stellen Hersteller häufig Diagramme in ihren Katalogen bereit, die zeigen, wie sich die Einschaltdauer bei unterschiedlichen Lasten ändert. Diese Diagramme helfen den Benutzern, die geeignete Einschaltdauer für ihre spezifische Anwendung zu bestimmen, um sicherzustellen, dass der Aktuator innerhalb sicherer thermischer Grenzen arbeitet und Zuverlässigkeit und Effizienz beibehält.

• Flüssigkeitslast: Die Menge der Flüssigkeitslast auf einem Ventil beeinflusst seine Einschaltdauer. Höhere Lasten erfordern mehr Leistung zur Betätigung, was die Einschaltdauer verringert. Umgekehrt ermöglichen niedrigere Lasten längere Betriebszeiten.
• Umgebungsbedingungen: Temperatur und Luftfeuchtigkeit können die Einschaltdauer beeinflussen. Hohe Temperaturen können die Fähigkeit des Aktuators zur Wärmeableitung verringern, während hohe Luftfeuchtigkeit elektrische Komponenten beeinträchtigen und möglicherweise die Leistung verringern kann.
• Aktuatortyp: Verschiedene Aktuatoren (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) haben unterschiedliche Einschaltdauerfähigkeiten.
  • Die Einschaltdauer bei pneumatischen Aktuatoren ist im Allgemeinen weniger durch thermische Überlegungen eingeschränkt, da sie nicht auf Elektromotoren angewiesen sind, die erhebliche Wärme erzeugen. Stattdessen verwenden sie Druckluft, um den Aktuator anzutreiben, was typischerweise häufigeres Schalten und kontinuierlichen Betrieb ohne obligatorische Ruhezeiten ermöglicht. Dies macht sie besonders geeignet für Anwendungen, die häufiges Schalten und schnelle Reaktion erfordern, was sie ideal für anspruchsvolle Umgebungen macht.
  • Elektrische Aktuatoren sind durch ihre thermischen Managementfähigkeiten begrenzt. Elektrische Aktuatoren sind durch spezifische Einschaltdauerbeschränkungen begrenzt, die oft durch Standards wie die IEC – S4 Klassifikation definiert sind. Diese Beschränkungen begrenzen typischerweise den Aktuator darauf, nur für eine definierte Zeit innerhalb eines bestimmten Zeitraums zu arbeiten, um eine Überhitzung zu verhindern. Die feste Geschwindigkeit von elektrischen Aktuatoren kann die Abstimmung erschweren, da sie zu Überschwingern und Stabilitätsproblemen führen kann. Für Anwendungen, die kontinuierlichen Betrieb erfordern, sind spezialisierte elektrische Aktuatoren mit kontinuierlicher Einschaltdauer verfügbar, die jedoch mit höheren Kosten verbunden sind.

FAQs

Warum ist die Einschaltdauer von Magnetventilen wichtig?

Die Einschaltdauer stellt sicher, dass das Magnetventil effizient arbeitet, ohne zu überhitzen, indem es die Ein- und Ausschaltzeiten für optimale Leistung ausbalanciert.

Was ist ein Magnetventil mit kontinuierlicher Einschaltdauer?

Ein Magnetventil mit kontinuierlicher Einschaltdauer ist so konzipiert, dass es kontinuierlich ohne Überhitzung betrieben werden kann, geeignet für Anwendungen, die eine konstante Aktivierung erfordern.