Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Ausgleichen einer durch thermische Be- lastung einhergehende Abmessungsänderung an einer Stellarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, eines Kraftwerks oder dergleichen, wobei die Stellarma- tur ein Stellventil und einen das Stellventil aufweist. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Stellungsregelungssystem zum Regeln einer Stellarmatur bereit. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für ein derartiges System zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung an einer Stellarmatur zum Ein- stellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, eines Kraftwerks oder dergleichen. Ferner ist eine Stellarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage, eines Kraftwerks oder dergleichen, bereitgestellt.

Eine Stellarmatur, wie ein Notschließ ventil oder ein Regelungsventil, dient dazu, eine Medi- umströmung, insbesondere eine Fluidströmung, einer prozesstechnischen Anlage zu steuern und/oder einzustellen. Die Stellarmatur kann mit Hilfsenergie, wie pneumatischer Hilfsener- gie, betrieben werden, wobei insbesondere ein vorzugsweise pneumatischer Stellantrieb über einen insbesondere elektropneumatischen Stellungsregler betätigt werden kann. Die Stellar- matur kann alternativ oder zusätzlich eine Pumpe umfassen.

Stellarmaturen, welche eine Prozessmediumströmung einer prozesstechnischen Anlage be- einflussen, insbesondere steuern und/oder regeln, können aufgrund deren Wärmeausdeh- nungskoeffizienten, insbesondere aufgrund der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kom- ponenten der Stellarmaturen, Längenänderungen erfahren. Dieser Effekt verstärkt sich zu- nehmend beim Einsatz von Stellarmaturen in extremen Bedingungen, beispielsweise bei sehr niedrigen Temperaturen, wie in Kryo-Anwendungen, oder bei Hochtemperaturanwendun- gen. Eine zusätzliche Herausforderung entsteht insbesondere bei Stellarmaturen mit langen Stellstangen, die insbesondere bei Kryo- oder Hochtemperaturanwendungen eingesetzt wer- den, um stellantriebsnahe Stellarmaturkomponenten von der kalten bzw. heißen Prozessflu- idtemperatur zu isolieren, was unter Umständen dazu führt, dass stellantriebsnahe Stellar- maturkomponenten unterschiedlichen Temperaturen wie stellgliednahe Stellarmaturkom- ponenten ausgesetzt sind. Dies führt zu unterschiedlichen Einflüssen auf die Wärmeausdeh- nung bzw. Längenänderung der jeweiligen Stellarmaturenkomponenten. In prozesstechni- schen Anlagen kommen vielmals Wärme- und/ oder Kältequellen bzw. Isoliermaterialien zum Einsatz, die zusätzlich Einfluss auf die in der prozesstechnischen Anlage herrschenden Tem- peraturen nehmen. Die mit dem Stellantrieb und dem Stellglied verbundene Stellstange der Stellarmatur kann demnach Wärme oder Kälte entlang der Stellstange zwischen Stellantrieb und Stellglied übertragen. Eine weitere Einflussgröße stellt die Außentemperatur dar, die je nach Einsatzort bzw. Anwendungsgebiet vorherrscht und die prozesstechnische Anlage bzw. die Stellarmatur umgibt.

Die soeben beschriebenen thermischen Einflussgrößen bewirken Dehnungen oder Stauchun- gen der Stellarmaturkomponenten. Dadurch wird das Stellen der Stellarmaturen negativ be- einflusst, wobei Stell- und/oder Regelfehler, d. h. Verschiebungen der Stellarmaturen weg von der einzustellenden, gewünschten Stellarmaturstellung, von über 10 % auftreten können. Zum einen führen derartige Stell- und/oder Regelfehler zu einer Verschiebung des Arbeitsbe- reichs der Stellarmaturen, d. h. insbesondere dazu, dass über den eingestellten Stellhub nicht mehr die gewünschte Stellarmaturstellung erreicht wird. Zum anderen führen derartige Stell- und/oder Regelfehler zu einer Verschlechterung der Stell- und/oder Regelgüte, wobei es auch dazu kommen kann, dass endstellungsnahe Stellarmaturpositionen, wie eine Schließ- stellung oder eine vollständig geöffnete Stellung, nicht mehr zuverlässig eingenommen wer- den können. Beispielsweise kann es Vorkommen, dass die Stellarmatur frühzeitig die Schließ- stellung eingenommen hat, obwohl der angewendete Stellehub idealerweise noch nicht in die Schließstellung geführt hätte.

Es ist bekannt, dieser Problematik durch eine geeignete Materialauswahl bzw. die Kombina- tion unterschiedlicher Materialien für die einzelnen Stellarmaturkomponenten zu begegnen. Gemäß WO 2016/126902 ist eine Lösung zur Temperaturkompensation bei einem Stellventil beschrieben, bei der das Stellventil mit einem zusätzlichen, thermischen Ausgleichselement versehen ist. Dieses Ausgleichselement ist derart an dem Stellventil angeordnet, dass die Wärmeausdehnungs- bzw. Längenänderungsdifferenz der Stellventilkomponenten, insbe- sondere entlang der Stellstange, reduziert wird.

An den bekannten Ansätzen ist jedoch nachteilig, dass diese zum einen schwierig zu realisie- ren sind und zum anderen Materialien vielmals durch das zu regelnde Medium und/oder die vorherrschende Umgebungstemperatur vorgegeben sind. Die Möglichkeit der Einflussnahme auf auftretende Längenänderungen und daraus resultierende Stell- und/ oder Regelfehler ist demnach stark begrenzt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu ver- bessern, insbesondere ein deutlich genaueres und leicht umzusetzendes System zum Ausglei- chen einer durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung an einer Stel- larmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung insbesondere bei extremen Tempera- turbedingungen bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise eine deutlich verbesserte Stell- und/oder Regelgüte insbesondere bei extremen Temperaturbedingungen erzielt ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein deutlich genaueres und leicht umzusetzendes Verfahren zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung an einer Stellarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise eine deutlich verbesserte Stell- und/oder Regelgüte insbesondere bei extremen Tem- peraturbedingungen erzielt ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10, 12 und 14 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist ein System zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einher- gehende Abmessungsänderung an einer Stellarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströ- mung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, einer lebensmittelver- arbeitenden Anlage, eines Kraftwerks oder dergleichen bereitgestellt. Unter thermischer Be- lastung können dabei beispielsweise jegliche auf die Stellarmatur einwirkenden Temperatur- einflüsse angesehen werden. Thermische Einflussfaktoren können beispielsweise durch die Umgebung und/oder durch das einzustellende Prozessfluid hervorgerufen werden. Beson- ders kritisch sind Stellarmaturen in extremen Einsatzbedingungen, beispielsweise bei sehr niedrigen Temperaturen, wie in Kryo-Anwendungen oder bei Hochtemperaturanwendungen. Beispielsweise stellt auch die Umgebungstemperatur der Stellarmatur, je nach Einsatzort bzw. Anwendungsgebiet der Stellarmatur bzw. der prozesstechnischen Anlage, eine Einfluss- große dar. Als Umgebungstemperatur kann eine Temperatur zu verstehen sein, die größten- teils unbeeinflusst von der an der Stellarmatur, insbesondere am Stellventil, herrschenden Temperatur, insbesondere der Prozessfluidtemperatur, ist. Das System umfasst ferner einen das Stellventil antreibenden Stellantrieb. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen pneumatischen Stellantrieb, der beispielsweise über einen insbesondere elektropneumati- schen Stellungsregler betätigt werden kann. Eine Stellungsregelung kann zum Ansteuern des Stellantriebs vorgesehen sein und dazu ausgelegt sein, anhand eines Temperaturunterschieds zwischen einer Prozesstemperatur, wie der Prozessfluidtemperatur und einer Umgebungs- temperatur, wie einer Stellantriebstemperatur, eine Stellwegkorrektur für den Stellantrieb zu bestimmen. Bei der Stellwegkorrektur handelt es sich vorzugsweise um eine Korrektur einer temperatur- und/oder stellarmaturwerkstoffabhängigen Abmessungsänderung der Stellar- matur insbesondere während des Betriebs, bei der Initialisierung oder Kalibrierung der Stel- larmatur. Insbesondere dient die Stellwegkorrektur dazu, eine Abweichung der Stellarmatur- Ist-Stellung von der mittels der Stellungsregelung einzustellenden Stellarmatur-Soll-Stellung zu korrigieren. Dadurch können Stell- und/ oder Regelfehler vermieden werden und der Ar- beitsbereich der Stellarmatur vollständig beibehalten werden. Eine Verschlechterung der Regelgüte wird somit ebenfalls vermieden, da aufgrund der Stellwegkorrektur weiterhin zu- verlässig insbesondere auch die endstellungnahen Stellarmaturpositionen, wie eine Schließ- stellung und/oder eine vollständig geöffnete Stellung, zuverlässig eingenommen werden können.

Bei einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Systems korrigiert das System die Stellarmaturstellung anhand der Stellwegkorrektur. Die Stellwegkorrektur kann bei- spielsweise in Form eines Stellungsregelungsbefehls die Stellarmatur verfahren und somit die Stellarmaturstellung ändern bzw. korrigieren. Beispielsweise kann die Stellwegkorrektur als Stellungsregelungsbefehl einem Stellungsregler mit integriertem Stellungsregelungssys- tem der Stellarmatur zugeführt werden, sodass das Stellungsregelungssystem des Stellungs- reglers die Stellwegkorrektur in den von ihm ausgegebenen Stellungsregelungsbefehl inte- griert, um diesen anhand der Stellwegkorrektur zu ändern bzw. zu korrigieren. Alternativ kann die Stellwegkorrektur über eine separate, von dem Stellungsregler bzw. dessen Stel- lungsregelungssystem unabhängige Schnittstelle auf die Stellarmaturstellung einwirken. Ins- besondere ist dann das erfindungsgemäße System unabhängig von dem Stellungsregler bzw. dessen Stellungsregelungssystem. Bei einer beispielhaften Weiterbildung gleicht die Stell- wegkorrektur eine Abmessungsänderung an der Stellarmatur vorzugsweise während des Be- triebes der Stellarmatur derart aus, dass eine Abweichung einer Stellarmatur-Ist-Stellung von einer Stellarmatur-Soll-Stellung korrigiert ist. Beispielsweise kann die Abmessungsände- rung aufgrund von Temperatureinflüssen bzw. thermischer Belastung dazu führen, dass die insbesondere durch den Stellungsregler einzustellende Stellarmatur-Soll-Stellung nicht voll- ständig eingenommen wird, d.h. eine Abweichung zwischen Ist-Stellung und Soll-Stellung vorliegt. Diese Abweichung kann anhand der Stellwegkorrektur ausgeglichen werden, die dazu führt, dass die Stellarmatur aus der insbesondere durch den Stellungsregler eingestell- ten Stellarmatur-Ist-Stellung verfahren wird, um der Stellarmatur-Soll-Stellung zumindest näher zu kommen, bzw. die Stellarmatur-Soll-Stellung einzunehmen. Dadurch kann die ge- forderte Stell- und/oder Regelgüte der Stellarmatur eingehalten bzw. verbessert werden.

Bei einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Systems ist die Bestimmung der Stellwegkorrektur mittels eines stellarmaturspezifischen Ausdehnungskoeffizienten, wie dem Temperatur-Ausdehnungskoeffizient, realisiert. Beispielsweise kann die Bestimmung der Stellwegkorrektur anhand des Ausdehnungskoeffizienten einer den Stellantrieb mit dem Stellventil verbindenden Kopplungsstruktur, wie einer Stellstange und/oder Laterne insbe- sondere nach NAMUR, des Stellantriebs und/oder des Stellventils erfolgen. Die Stellwegkor- rektur kann demnach aus dem Temperaturunterschied zwischen Prozesstemperatur und Umgebungstemperatur und der Kenntnis eines, insbesondere werkstoffabhängigen, stellar- maturspezifischen Ausdehnungskoeffizienten auf einfache Weise bestimmt werden. Dieser Zusammenhang ermöglicht es, insbesondere auch bei ggf. auftretenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Stellarmaturkomponenten, insbesonde- re des Stellantriebs, des Stellventils und/oder der den Stellanrieb mit dem Stellventil verbin- denden Kopplungsstruktur, beispielsweise Stellstange und/oder Laterne insbesondere nach NAMUR, auf einfache Weise die Stellwegkorrektur zu bestimmen, um somit die Regel- und/oder Steuergüte der Stellarmatur zu verbessern.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Systems ist der Aus- dehnungskoeffizient zumindest abschnittsweise zwischen dem Stellantrieb und dem Stellven- til erfasst. Das System ist dazu in der Lage, aus dem Temperaturunterschied zwischen Pro- zesstemperatur und Umgebungstemperatur, insbesondere zwischen der Prozessfluidtempe- ratur und der Stellantriebstemperatur, und der Kenntnis des Ausdehnungskoeffizienten zu- mindest eines Stellarmaturabschnitts zwischen dem Stellantrieb und dem Stellventil auf die gesamte, das heißt entlang der vollständigen Stellarmatur-Längserstreckung, durch thermi- sche Belastung an der Stellarmatur einhergehende Abmessungsänderung, die zu Abweichun- gen zwischen Soll- und Ist-Stellung der Stellarmatur führt, die notwendige Stellwegkorrektur zu bestimmen, um die Regelgüte einzuhalten und/oder zu verbessern. Beispielsweise kann in dem erfindungsgemäßen System ein Algorithmus zur Berechnung des Ausdehnungskoeffi- zienten gemäß der Formel a = hinterlegt sein und das System kann nach diesem Algo- rithmus arbeiten, um die Stellwegkorrektur zu bestimmen, wobei a der Ausdehnungskoeffi- zient ist, L eine unter Normalbedingungen, d.h. ohne Temperatureinflüsse, vorliegende Län- ge der Stellarmatur und DT der Temperaturunterschied zwischen einer Prozesstemperatur Ti, wie einer Prozessfluidtemperatur, und einer Umgebungstemperatur T2, wie einer Stellan- triebstemperatur. Beispielsweise kann das System die zu erwartende bzw. auftretende Ab- messungsänderung, insbesondere Längenänderung, der Stellarmatur aus oben genannter Formel, d.h. aus dem Temperaturunterschied und dem erfassten Ausdehnungskoeffizienten, bestimmen, anhand welcher die Stellwegkorrektur abgeleitet wird. Wird beispielsweise die Abmessungsänderung an einer Stellventilkomponente bestimmt und hatte die Abmessungs- änderung in Folge der thermischen Belastung eine Längenvergrößerung der Stellarmatur zur Folge, wirkt sich die Stellwegkorrektur derart auf die durch den Stellantrieb an der Stellar- matur eingestellte Stellarmaturstellung aus, dass die Stellarmaturstellung um den Betrag der Stellwegkorrektur weniger verfahren wird.

Beispielsweise besitzt das System eine Speichereinheit mit einer Datenbank für stellarmatur- spezifische Ausdehnungskoeffizienten. In der Datenbank können stellarmaturkomponenten- und/oder werkstoffabhängige Ausdehnungskoeffizienten hinterlegt sein, welche je nach Be- darf für die Bestimmung der Stellwegkorrektur herangezogen werden können. Beispielsweise kann das System alternativ oder zusätzlich auch eine Verarbeitungseinheit aufweisen, die dazu ausgelegt ist, bei einer Initialisierung oder Kalibrierung der Stellarmatur oder vor Inbe- triebnahme der Stellarmatur experimentell, insbesondere bei einer Stellarmatur-Typprüfung und/oder einer thermischen Prüfung, beispielsweise in einem Temperaturschrank, den stel- larmaturspezifischen Ausdehnungskoeffizienten zu bestimmten. Die Bestimmung des stel- larmaturspezifischen Ausdehnungskoeffizienten mittels der Verarbeitungseinheit kann bei- spielsweise anhand der oben genannten Formel für den Wärmeausdehnungskoeffizienten erfolgen. Ferner ist es möglich, die mittels der Verarbeitungseinheit bestimmten oder mittels einer zusätzlichen Benutzerschnittstelle dem System mitgeteilten stellarmaturspezifischen Ausdehnungskoeffizienten beispielsweise der Datenbank zuzuführen und in der Datenbank zu speichern, um die Datenbank und somit die Erfahrungswerte für Ausdehnungskoeffizien- ten und Stellwegkorrekturen weiter auszubauen.

Bei einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Prozesstemperatur, wie der Prozessfluidtempera- tur, und/oder einer Umgebungstemperatur, wie der Stellantriebstemperatur. Die Sensorein- richtung kann beispielsweise an der Stellarmatur angeordnet sein, insbesondere Teil der Stel- larmatur sein, oder bei Bedarf mit der Stellarmatur gekoppelt werden, um die gewünschten Temperaturen zu erfassen. Bei einer Weiterbildung der Sensoreinrichtung weißt diese einen Proximalsensor zum Ermitteln der Prozesstemperatur insbesondere im Bereich des Stellven- tils und/ oder einem Distalsensor zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur beispielsweise in einem vorbestimmten Abstand zum Stellventil auf. Vorteilhafterweise ist der Abstand zwi- schen den Temperaturerfassungspunkten, bzw. den Anbringungspunkten von Proximal- und/oder Distalsensor an der Stellarmatur, derart gewählt, dass insbesondere mittels des Proximalsensors die Prozessfluidtemperatur erfasst bzw. gemessen werden kann und insbe- sondere mittels des Distalsensors eine vorzugsweise im Bereich des Stellantriebs herrschende Stellantriebstemperatur bzw. Stellantriebs-Umgebungstemperatur erfasst bzw. gemessen werden kann.

Bei einer beispielhaften Ausführung umfasst das erfindungsgemäße System eine Speicher- einheit, auf der eine Datenbank mit Erfahrungswerten für Prozesstemperaturen, insbesonde- re Prozessfluidtemperaturen, und/oder Erfahrungswerten für Umgebungstemperaturen, vorzugsweise Stellantriebstemperaturen, hinterlegt ist. Es sei klar, dass die Umgebungstem- peraturen, insbesondere die Stellantriebstemperaturen, von dem Einsatzort und/oder der Anwendung, beispielsweise einer Hochtemperaturanwendung oder einer Kryo-Anwendung, der Stellarmatur abhängen. Das System kann ferner eine Benutzerschnittstelle aufweisen, bzw. an eine Benutzerschnittstelle gekoppelt sein, mittels welcher Prozesstemperaturen und/oder Umgebungstemperaturen durch einen Nutzer eingegeben werden können. Bei ei- ner Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems können auf der Speichereinheit sowohl die stellarmaturspezifischen Ausdehnungskoeffizienten als auch die Datenbank mit Prozess- temperaturen und/oder Umgebungstemperaturen hinterlegt sein.

Bei der Bestimmung der Stellwegkorrektur anhand des Temperaturunterschieds zwischen der Prozesstemperatur und der Umgebungstemperatur greift das System auf die Sensorein- richtung und/oder die Datenbank mit Temperaturen zu, um den Temperaturunterschied zu bestimmen, vorzugsweise um anhand eines stellarmaturspezifischen Ausdehnungskoeffizien- ten die Stellwegkorrektur abzuleiten. Erfindungsgemäß reicht dem System die Kenntnis zweier Temperaturwerte, insbesondere der Prozesstemperatur, wie der Prozessfluidtempera- tur und der Umgebungstemperatur, wie der Stellantriebstemperatur aus, um eine durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung an der Stellarmatur mittels einer zu bestimmenden Stellwegkorrektur auszugleichen. Die Temperaturwerte können dabei ge- messen und/oder aus der Datenbank ausgewählt werden, wobei beispielsweise ein Tempera- turwert gemessen und/oder aus der Datenbank ausgewählt ist, beide Temperaturwerte ge- messen oder beide Temperaturwerte aus der Datenbank ausgewählt werden. Beispielsweise kann das System anhand der Prozess- und Umgebungstemperatur eine Temperaturkurve, wie einen Temperaturverlauf oder einen Temperaturgradient, für die gesamte Stellarmatur, d. h. entlang der vollständigen Längserstreckung der Stellarmatur, bilden, wobei beispiels- weise das Bilden des vollständigen Temperaturverlaufs der Stellarmatur auf Erfahrungswer- ten basiert. Zur Bildung des vollständigen Temperaturverlaufs kann demnach auf bekannte Temperaturverläufe für die Stellarmatur in dem jeweiligen Temperaturumfeld, bei dem die beiden erfassten Temperaturwerte vorhegen, zurückgegriffen werden.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems erfasst die Sensoreinrichtung die Prozesstemperatur und/oder die Umgebungstemperatur insbesondere kontinuierlich beim Einnehmen der Stellarmatur einer vorbestimmten Referenzstellung. Bei der Referenzstellung kann es sich beispielsweise um eine Schließ- und/ oder vollständig geöffnete Stellarmaturstel- lung handeln. Das System kann demnach jedes Mal, wenn die Stellarmatur diese vorbe- stimmte Referenzstellung einnimmt, die Prozesstemperatur und/oder die Umgebungstempe- ratur mittels der Sensoreinrichtung erfassen, um die dem System zugrundbegenden Tempe- raturwerte zu aktualisieren. Beispielsweise kann zum Erfassen des Einnehmens der Stellar- matur einer bestimmten Referenzstellung eine Erfassungseinrichtung, wie beispielsweise einen Sensoreinrichtung, vorgesehen sein, welche beispielsweise mittels eines Kon- taktsensors ausgebildet ist, welcher den Kontakt zum Beispiel des Stellventilkegels mit dem Stellventilsitz in der Schbeßstellung der Stellarmatur wahmimmt, das Erfassen der Prozess- temperatur und/ oder der Umgebungstemperatur initiiert und gegebenenfalls einen entspre- chenden Erfassungsvorgang ausgibt bzw. signalisiert. Die Erfassungseinrichtung kann ferner derart angesteuert werden, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt bzw. zu einer beliebigen Stel- larmaturstellung das Erfassen der Prozesstemperatur und/oder der Umgebungstemperatur initiiert werden kann.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems gleicht das System anhand des/der in der Referenzstellung erfassten Temperaturwerts/Temperaturwerte die Stellwegkorrektur an. Vorzugsweise ist das System dazu ausgebildet, die Datenbank mit Stellwegkorrekturen zu aktualisieren, d.h. zum einen der Datenbank die angeglichene Stellwegkorrektur zuzuführen und zum anderen den dem Temperaturunterschied zugeordneten Stellwegkorrekturwert zu aktualisieren. Das dadurch gebildete erfindungsgemäße System kann somit als ein sogenann- tes selbstlernendes System aufgefasst werden, mit welchem es insbesondere möglich ist, auf Fertigungs- und Materialtoleranzen bzw. -abweichungen, welche sich beispielsweise während des Betriebs ergeben, zu reagieren und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen einzuleiten. Ein Vorteil des selbstlernenden Systems besteht insbesondere darin, dass sich das System insbe- sondere automatisch, wie selbstlernend, an Veränderungen anpasst.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Systems vergleicht das System den für die bestimmte Stellwegkorrektur maßgebenden Temperaturunterschied mit dem aktualisierten, in der Referenzstellung erfassten Temperaturunterschied. Ferner gleicht das System die Stellwegkorrektur anhand der Abweichung der Temperaturunterschiede von- einander an. Vorzugsweise kann die Datenbank mit Stellwegkorrekturen aktualisiert werden. Das heißt, dass zum einen die neuen erfassten Daten der Datenbank zugeführt werden, um diese weiter auszubauen, und zum anderen, dass der einer Stellwegkorrektur zugeordnete Temperaturunterschied aktualisiert wird. Vorzugsweise vergleicht das System den Tempera- turunterschied zwischen der mittels der Sensoreinrichtung erfassten Prozess- oder Umge- bungstemperatur und der aus der Speichereinheit entnommenen Umgebungs- oder Prozess- temperatur. Alternativ vergleicht das System den Temperaturunterschied zwischen der mit- tels der Sensoreinrichtung erfassten Prozess- und Umgebungstemperatur. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nicht jede Abweichung der Temperaturunterschiede voneinander zu einer Angleichung der Stellwegkorrektur führt. Dazu können vorbestimmte Grenzwerte für Abweichungen vorgesehen sein, sodass erst bei Überschreiten der vorbestimmten Grenz- werte eine Angleichung der Stellwegkorrektur durchgeführt wird. Somit kann gewährleistet werden, dass eine Flexibilität bzw. Reaktionsfähigkeit auf Änderungen des Stellarmaturbe- triebs vorliegt, und vermieden werden, dass dies zu einer Art Übersensibilität, wie einer zu häufigen Änderung der Stellwegkorrektur, führt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden As- pekten kombinierbar ist, ist ein Stellungsregelungssystem zum Regeln einer Stellarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer che- mischen Anlage, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, eines Kraftwerks oder dergleichen bereitgestellt. Eine solche Stellarmatur umfasst ein Stellventil, einen das Stellventil insbe- sondere pneumatisch antreibenden Stellantrieb und eine Stellungsregelung zum Ansteuern des Stellantriebs. Beispielsweise gibt die Stellungsregelung Stellungsregelungsbefehle an den Stellantrieb ab, um das Stellventil von einer Stellarmaturstellung in eine andere Stellarma- turstellung zu verfahren. Erfindungsgemäß korrigiert das Stellungsregelungssystem anhand eines Temperaturunterschieds zwischen einer Prozesstemperatur, wie der Prozessfluidtem- peratur, und einer Umgebungstemperatur, wie einer Stellantriebstemperatur, einen Stellweg. Und zwar kann das Stellungsregelungssystem mittels der Stellwegkorrektur einen Stellungs- reglungsbefehl der Stellungsregelung an den Stellantrieb korrigieren. Vorteilhafterweise kann dadurch die Stell- und/ oder Regelgüte der Stellarmatur verbessert werden.

Bei einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Stellungsregelungssystems um- fasst das Stellungsregelungssystem ein erfindungsgemäßes System zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung der Stellarmatur, wie es in Bezug auf die vorhergehenden Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde. Ins- besondere kann das System zum Ausgleichen der Abmessungsänderung in das Stellungsrege- lungssystem integriert oder mit diesem gekoppelt sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden As- pekten kombinierbar ist, ist ein Verfahren zum Ausgleichen einer durch thermische Belas- tung einhergehende Abmessungsänderung an einer Stellarmarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, eines Kraftwerks oder dergleichen bereitgestellt. Eine solche Stellarmatur umfasst ein Stellventil, einen das Stellventil insbesondere pneumatisch antreibenden Stellantrieb und eine Stellungsregelung zum Ansteuern des Stellantriebs. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Stellwegkorrektur für den Stellanrieb anhand eines Temperaturunterschieds zwischen einer Prozesstemperatur, wie der Prozessfluidtem- peratur, und einer Umgebungstemperatur, wie eine Stellantriebstemperatur, bestimmt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf einfach Weise eine deutlich verbesserte Stell- und/ oder Regelgüte erzielen.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses entsprechend des erfindungsgemäßen Systems zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einherge- hende Abmessungsänderung an der Stellarmatur, wie es in Bezug auf beispielhafte Ausfüh- rungen des Systems beschrieben wurde, oder entsprechend des Stellungsregelungssystems zum Regeln der Stellarmatur, wie es ebenfalls anhand beispielhafter Ausführungen beschrie- ben wurde, gekennzeichnet.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung, der mit den vorherhergehenden Aspekten kombinierbar ist, ist eine Stellarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, eines Kraft- werks oder dergleichen bereitgestellt. Die Stellarmatur kann ein Stellventil, einen das Stell- ventil insbesondere pneumatisch antreibenden Stellantrieb, eine den Stellantrieb mit dem Stellventil verbindende Kopplungsstruktur wie eine Stellstange und/oder Laterne insbeson- dere nach NAMUR, und eine Stellungsregelung zum Ansteuern des Stellantriebs umfassen. Die Stellungsregelung ist dabei derart ausgelegt, dass sie anhand eines Temperaturunter- schieds zwischen einer Prozessfluid- oder Stellventiltemperatur und einer Stellantriebs- oder Umgebungstemperatur sowie anhand eines stellarmaturspezifischen, insbesondere kopp- lungsstrukturspezifischen, Ausdehnungskoeffizienten eine Stellwegkorrektur für den Stellan- trieb bestimmt. Der Ausdehnungskoeffizient kann beispielsweise bei einer Initialisierung oder Kalibrierung der Stellarmatur oder vor Inbetriebnahme der Stellarmatur experimentell, insbesondere bei einer Stellarmatur-Typprüfung und/ oder einer thermischen Prüfung, bei- spielsweise in einem Temperaturschrank, bestimmt werden. Eine derartige erfindungsgemä- ße Stellarmatur erzielt auf leicht umzusetzende Weise eine deutlich verbesserte Stell- und/oder Regelgüte.

Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaf- ten Zeichnungen deutlich, wobei

Fig. l eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Stellarmatur mit einem erfindungsgemä- ßen System zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einhergehende Ab- messungsänderung, das zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung an der Stellarmatur eingerichtet ist, zeigt.

In Fig. l ist eine erfindungsgemäße Stellarmatur mit einem erfindungsgemäßen System, das zum Ausführen des erhndungsgemäßen Verfahrens zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung an der Stellarmatur eingerichtet ist, darge- stellt. Die Stellarmatur ist in der beispielhaften Ausführung der Fig. l mit der Bezugsziffer l versehen. Die Stellarmatur l weist ein Stellventil 3 und beispielsweise einen pneumatischen Stellantrieb 5 auf. Ein Stellventilgehäuse 7 des Stellventils 3 ist mit einem Antriebsgehäuse 11 des Stellantriebs 5 über ein Joch 13 ortsfest getragen ist.

Das Stellventil 3 ist in ein Rohrsystem einer prozesstechnischen Anlage integriert, wobei der Rohransatz für die Strömungseingangsleitung mit der Bezugsziffer 15 versehen ist und eine Strömungsausgangsleitung mit der Bezugsziffer 17. Im Inneren des Stellventilgehäuses 7 ist ein Ventilsitz 21 ortsfest an der Innenseite des Stellventilgehäuses 7 befestigt. Der Ventilsitz 21 kooperiert mit einem Ventilglied 23 des Stellventils 3, das über eine Stellstange 25 von dem pneumatischen Stellantrieb 5 betätigt wird. Die Stellstange 25 erstreckt sich durch eine Öffnung im Oberteil des Stellventilgehäuses 7 längs des Jochs 13 in eine Durchführung im Stellantriebsgehäuse 11 und ist mit einer die beiden Arbeitskammern 31, 35 des pneumati- schen Stellantriebs 5 trennenden Membran 27 fest verbunden.

Quer zu Erstreckungsrichtung der Stellstange 25 kann eine diese umgebende Scheibe 39 an- geordnet sein. Die Scheibe 39 kann beispielsweise unmittelbar an einen Ventildeckel (nicht dargestellt) des Stellventils 3 anschließen. Die Scheibe 39 dient im wirklichen dazu, das Stell- ventil 3, bzw. den Ventildeckel, von der das Stellventil 3 mit dem Stellantrieb 5 verbindenden Kopplungsstruktur, beispielsweise dem Joch 13, zu trennen.

Der Stellantrieb 5 hat eine Arbeitskammer 31 und eine mit Druckfedern 33 belegte Rückstell- kammer 35. Die pneumatische Arbeitskammer 31 ist pneumatisch mit einem Stellungsregler 37 verbunden, der an eine Druckluftquelle 41 von etwa 6 bar angeschlossen sein kann.

Ein Stellungsregler 37 ist im Bereich des Jochs 13 angeordnet und hat einen pneumatischen Ausgang, der über eine Ausgangsleitung 43 mit der pneumatischen Arbeitskammer 31 ge- koppelt ist. Der Stellungsregler 37 kann auch einen Positions- oder Stellungssensor (nicht dargestellt) umfassen, der die Position des Ventilglieds 23 beispielsweise über einen Hebel- arm (nicht dargestellt) erfasst. Der Hebelarm kann als Abtastarm ausgebildet sein, um zeit- diskrete Positionssignale zu generieren. Beispielsweise ist der Hebelarm drehbeweglich an der Stange 25 befestigt.

Im folgenden Beispiel wird die Funktionsweise des Systems beziehungsweise des Verfahrens zum Ausgleichen einer durch thermische Belastung einhergehende Abmessungsänderung an der beispielsweise als Stellventil 3 ausgebildeten Stellarmatur 1 veranschaulicht.

Neben der Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Stellarmatur 1 ist ein schematisches Koor- dinatensystem abgebildet, wobei auf der Abszisse die Temperatur T in Grad Celsius und auf der Ordinate eine Stellarmaturposition X in Millimeter angetragen ist. Erfindungsgemäß kann an zwei Stellarmaturpositionen Xi, X2, die beliebig entlang der Stellarmatur 1 gewählt werden können, ein jeweiliger Temperaturwert Ti, T2 gemessen werden, wozu beispielsweise jeweils ein Temperatursensor (nicht dargestellt) an der Stellarmatur 1 angeordnet sein kann. In Fig. 1 wird beispielsweise ein erster Temperaturwert Ti an dem Ventilglied 25 gemessen, vorzugsweise an einer Ventilgliedposition, welche den Ventilsitz 21 in einer Schließstellung der Stellarmatur 1 berührt, um eine Prozesstemperatur, insbesondere die Prozessfluidtempe- ratur, zu bestimmen. Als zweiten Temperaturwert T2 wird gemäß Fig. 1 an einer zweiten Stel- larmaturposition X2 die Temperatur beispielsweise mittels eines weiteren Temperatur- sensors (nicht dargestellt) an der Anbindung der Stellstange 25 an die Stellantriebmembran 27 gemessen, um eine Umgebungstemperatur, insbesondere eine Stellantriebstemperatur, zu bestimmen. Als Umgebungstemperatur ist dabei eine Temperatur zu verstehen, die größten- teils unbeeinflusst von der am Stellventil 3 herrschenden Temperatur, insbesondere der Pro- zessfluidtemperatur, ist. Die Umgebungstemperatur kann beispielsweise auch an einer von der Stellarmatur, insbesondere dem Stellantrieb, entfernten Position erfasst bzw. gemessen werden. Über die Wärmeübertragungseigenschaft der Atmosphäre, welche überwiegend auf der Übertragung von Energie durch benachbarte Moleküle der Umgebungsluft beruht, kann dann auf den an der Stellarmatur, beispielsweise des Stellantriebs, vorliegenden Tempera- turwert rückgeschlossen werden. Je nach Einsatzort und Anwendungsgebiet der Stellarmatur 1 herrschen unterschiedliche Temperaturen insbesondere in Bezug auf die Prozesstempera- tur, wie die Prozessfluidtemperatur, und die Umgebungstemperatur, wie die Stellantriebs- temperatur. Bei Hochtemperaturanwendungen, also bei sehr hohen Prozessfluidtemperatu- ren und einem Einsatz der Stellarmatur bei etwa Raumtemperatur ist klar, dass die unter- schiedlichen Stellarmaturkomponenten unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind und somit unterschiedliche Einflüsse hinsichtlich Wärmeausdehnung bzw. Längenänderung er- fahren, insbesondere dass die stellventilnahen Komponenten deutlich höheren Temperatu- ren als die stellantriebnahen Komponenten ausgesetzt sind.

Erfindungsgemäß wird anhand des erfassten Temperaturunterschieds eine Stellwegkorrektur für den Stellantrieb 5 bestimmt, sodass die Stellarmaturstellung anhand der mittels des er- findungsgemäßen Systems bestimmten Stellwegkorrektur korrigiert werden kann. Somit ist es möglich, die aufgrund der thermischen Belastung einhergehende Abmessungsänderung der Stellarmatur 1 auszugleichen, um eine Abweichung der Stellarmatur-Ist-Stellung von der Stellarmatur-Soll-Stellung zu korrigieren. Dabei macht sich das erfindungsgemäße System bzw. die erfindungsgemäße Stellarmatur 1 den Zusammenhang zwischen Temperatur- Abmessungsänderung und stellarmaturspezifischen, insbesondere werkstoffabhängigen, Wärme-Ausdehnungskoeffizienten zunutze. Anhand der beiden erfassten, insbesondere ge- messenen, Temperaturwerte Ti und T2 an den beiden Stellarmaturpositionen Xi und X2 kann eine beispielsweise wie in Fig. 1 abgebildete Temperaturkurve 45, wie ein Temperatur- verlauf bzw. ein Temperaturgradient, gebildet werden. Dazu können beispielsweise in der Stellarmatur 1 integrierte Verarbeitungseinheiten (nicht dargestellt) mit hinterlegten Algo- rithmen zur Berechnung von Temperaturkurven 45 Anwendung finden oder es kann bei- spielsweise auf eine Datenbank mit hinterlegten Temperaturkurven 45 zurückgegriffen wer- den, aus welcher eine entsprechende Temperaturkurve 45 ausgewählt wird, die einer theore- tisch aus den erfassten Temperaturen Ti, T2 gebildeten Temperaturkurve am nächsten kommt. Hinsichtlich weiterer beispielhafter Ausführungen wird auf die vorliegende Be- schreibung verwiesen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merk- male können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Er- findung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. Bezugszeichenliste

Stellarmatur

3 Stellventil

5 Stellantrieb

7 Stellventilgehäuse

11 Antriebsgehäuse

13 Joch

15 Strömungseingangsleitung

17 Strömungsausgangsleitung

21 Ventilsitz

23 Ventilglied

25 Stellstange

27 Membran

31, 35 Arbeitskammer

33 Druckfeder

37 Stellungsregler

39 Scheibe

41 Druckluftquelle

43 Ausgangsleitung

45 T emperaturkurve