Richtingsgestuurde Klep - Hoe Werken Ze

Richtingsgestuurde kleppen sturen de stroom van samengeperste lucht of olie naar verschillende apparaten in pneumatische systemen. Ze worden gebruikt in diverse toepassingen, zoals het bedienen van cilinders, grotere industriële kleppen of luchtgereedschap. Deze kleppen hebben meerdere poorten en vervullen verschillende functies binnen een circuit. Richtingsgestuurde kleppen kunnen op verschillende manieren worden bediend, zoals handmatig of met behulp van een solenoïde. Dit artikel verkent de verschillende soorten solenoïde-bedienbare richtingsgestuurde kleppen die worden gebruikt in pneumatische systemen.

Inhoudsopgave

• Hoe werkt een richtingsgestuurde klep
• Energieverbruik en werkingsmechanisme
• Overwegingen bij toepassing
• Mono-stabiele en bi-stabiele kleppen
• Typen pneumatische richtingsgestuurde kleppen
  • 2/2-weg klep
  • 3/2-weg klep
  • 5/2-weg klep
  • 5/3-weg klep
• Namur standaard

Hoe werkt een richtingsgestuurde klep

Pneumatische solenoïdekleppen hebben over het algemeen een spoelontwerp. Ze bestaan uit een aluminium behuizing met een cilindrisch gat. De verschillende poorten van de klep verbinden met de cilinder. Een schuivende spoel in de cilinder heeft meerdere afdichtingen langs zijn lengte. Door de spoel heen en weer te schuiven door de cilinder, kunnen verschillende poorten worden verbonden of afgesloten. Het is moeilijk om een afdichting te creëren met absoluut geen lekkage met het spoelontwerp. Daarom hebben pneumatische solenoïdekleppen altijd een zeer kleine (maar acceptabele) interne lekkage. Ook zijn deze kleppen bidirectioneel.

Energieverbruik en werkingsmechanisme

Pneumatische solenoïdekleppen hebben een laag energieverbruik. Dit komt voornamelijk door de relatief kleine kracht die nodig is om de spoel binnen het kleplichaam te bewegen. De luchtdruk die op de spoel wordt uitgeoefend, heeft een beperkte impact op deze kracht, waardoor de werking van deze kleppen minder energie-intensief is. Bovendien is de kracht die door de veer in mono-stabiele kleppen (kleppen die terugkeren naar een standaardpositie wanneer ze niet worden bediend) wordt uitgeoefend, minimaal, wat de voor bediening benodigde energie verder vermindert.

Werkingsmechanisme

De werking van pneumatische solenoïdekleppen wordt vaak vergemakkelijkt door een pilootbedieningsmechanisme, dat direct of indirect (pilootbediend) kan zijn:

• Pilootbediende kleppen: In dit ontwerp bedient de solenoïde de klep niet direct. In plaats daarvan regelt het de luchtdruk die de klep bedient. Deze indirecte methode vermindert aanzienlijk de kracht die van de solenoïde vereist is, aangezien het grootste deel van de bedieningskracht afkomstig is van de luchtdruk zelf. Dit systeem maakt het gebruik van kleinere, energie-efficiëntere solenoïdes mogelijk, wat bijdraagt aan de algehele energie-efficiëntie van de klep.
• Intern versus extern gepiloteerd: Pneumatische solenoïdekleppen kunnen intern of extern gepiloteerd zijn.
  • Intern gepiloteerde kleppen gebruiken de luchtdruk die de klep binnenkomt voor bediening, en hebben een differentiële druk tussen 0,1 en 1,5 bar nodig om goed te functioneren, waardoor ze ongeschikt zijn voor toepassingen met lage druk of vacuüm vanwege mogelijke storingen in het schakelen van staten als de inlaatdruk te laag is.
  • Extern gepiloteerde kleppen zijn afhankelijk van een aparte luchtdrukbron voor bediening, waardoor ze zich onderscheiden van intern gepiloteerde kleppen die de binnenkomende luchtdruk gebruiken.

Overwegingen bij toepassing

Het wordt niet aanbevolen om pneumatische solenoïdekleppen te gebruiken voor andere media zoals water of olie. Veel pneumatische solenoïdekleppen zijn intern gepiloteerd en ventileren een minimale hoeveelheid lucht die nodig is om de klep te bedienen. Een klein verlies van lucht naar de omgeving is acceptabel in de meeste toepassingen, maar niet in het geval van water, olie of andere soorten media. Ook zijn de klepmaterialen geoptimaliseerd voor gebruik met lucht. Gewoonlijk is de klep gemaakt van aluminium onderdelen en NBR of HNBR afdichtingen. Andere media dan lucht kunnen corrosie of andere chemische reacties veroorzaken, wat een negatieve impact kan hebben op de levensduur van de klep. Lees onze gids voor chemische weerstand voor meer informatie over klepmaterialen en hun compatibiliteit met verschillende media.

Mono-stabiele en bi-stabiele kleppen

• Een mono-stabiele klep blijft in zijn oorspronkelijke positie met een veer (die kan worden aangedreven door lucht of elektriciteit). Wanneer de klep wordt geactiveerd (zoals het inschakelen van een solenoïde), beweegt deze naar zijn actieve staat. Zodra de voeding wordt gestopt, gaat de klep terug naar zijn startpositie. Deze kleppen worden ook wel enkelwerkende solenoïdekleppen genoemd.
• Een bi-stabiele klep verandert van positie met een snelle actie en blijft daar. Het gaat niet terug naar hoe het was voordat je het activeerde, zelfs niet nadat de actie stopt. Een bi-stabiele solenoïdeklep heeft doorgaans een solenoïde aan elk uiteinde, waarbij elke solenoïde een andere positie bestuurt. Deze staan bekend als dubbelwerkende solenoïdekleppen.

Typen pneumatische richtingsgestuurde kleppen

Luchtrichtingsgestuurde kleppen worden weergegeven door twee getallen. Het eerste getal toont hoeveel poorten de klep heeft, en het tweede getal is het aantal staten. Bijvoorbeeld, een 2/2-weg klep heeft twee poorten (in/uit) en twee staten (open/gesloten). Een 5/2-weg klep heeft vijf poorten en twee staten. Richtingskleppen hebben meestal twee, drie of vijf poorten. De volgende secties leggen de verschillende typen in detail uit. Lees ons artikel over klepsymbolen voor meer details over de symbolen voor richtingskleppen.

2/2-weg klep

Het eenvoudigste en meest voorkomende type klep is de 2/2-weg klep. Het heeft twee poorten en twee posities (open en gesloten), daarom wordt het vaak een afsluitklep genoemd. Voornamelijk functioneren deze kleppen als basis aan/uit-schakelaars in pneumatische systemen, waarbij ze de stroom van lucht regelen door deze ofwel door te laten of volledig te blokkeren. Hun rol in pneumatische systemen is meer gericht op eenvoudige aan/uit-regeltaken in plaats van complexe richtingscontrole, waardoor ze minder vaak voorkomen in vergelijking met andere kleptypes die zijn ontworpen voor meer specifieke pneumatische operaties.

3/2-weg klep

Een 3/2-weg luchtregelklep, gekenmerkt door zijn drie poorten en twee posities, speelt een cruciale rol in pneumatische systemen, met name in de bediening van enkelwerkende cilinders. Dit type klep is ontworpen om de luchtstroom te regelen op een manier die een cilinder toestaat om uit te schuiven of in te trekken en vervolgens terug te keren naar zijn oorspronkelijke positie, klaar voor de volgende cyclus. De toevoeging van een derde poort onderscheidt het van eenvoudigere 2/2-weg kleppen, waardoor de essentiële functionaliteit voor het ventileren van de cilinder na elke actie wordt geboden. Specifieke toepassingen van 3/2-weg kleppen zijn:

• Bediening van enkelwerkende cilinders: Enkelwerkende cilinders hebben lucht nodig om in één richting te bewegen om uit te schuiven en moeten vervolgens worden geventileerd om in te trekken. De 3/2-weg klep beheert dit proces efficiënt door lucht te leveren om de cilinder uit te schuiven en vervolgens van positie te wisselen om de cilinder te ventileren, waardoor deze kan intrekken.
• Pneumatische regelsystemen: In systemen waar precieze controle over een enkele actie nodig is, zoals in geautomatiseerde assemblagelijnen, verpakkingsmachines of materiaalhanteringssystemen, bieden 3/2-weg kleppen de noodzakelijke controle en betrouwbaarheid.
• Activering van pneumatisch gereedschap: Veel pneumatisch gereedschap vereist een luchtstoot om te werken en moet vervolgens worden gereset. 3/2-weg kleppen zijn ideaal voor deze toepassingen en bieden de luchttoevoer op aanvraag en de daaropvolgende ventilatie.

Net als 2/2-weg kleppen kunnen 3/2-weg kleppen mono-stabiel of bi-stabiel zijn. Mono-stabiele 3/2-weg kleppen kunnen worden ontworpen om normaal gesloten of normaal open te zijn, afhankelijk van de vereisten van de toepassing.

5/2-weg klep

Een 5/2-weg klep heeft vijf poorten en twee staten. 5/2-weg pneumatische solenoïdekleppen zijn veelzijdige componenten die worden gebruikt in verschillende pneumatische systemen om de richting van de luchtstroom te regelen, waardoor de beweging van actuatoren, zoals cilinders of zuigers, in twee richtingen wordt beheerd (bijvoorbeeld uitstrekken en intrekken). 5/2-weg kleppen kunnen zowel mono-stabiel als bi-stabiel zijn.

5/3-weg klep

5/3-weg pneumatische solenoïdekleppen zijn geavanceerde componenten in pneumatische systemen, die precieze controle bieden over dubbelwerkende cilinders. In tegenstelling tot eenvoudigere kleppen, hebben deze een derde positie die het mogelijk maakt om een cilinder halverwege te stoppen, nuttig voor precieze aanpassingen of pauzes in de beweging. Deze kleppen keren automatisch terug naar de middenpositie wanneer ze niet van stroom worden voorzien, wat de veiligheid garandeert door naar een neutrale staat te bewegen bij stroomuitval. Twee solenoïdes besturen de beweging om de actuator uit te strekken of in te trekken. De belangrijkste soorten 5/3-weg kleppen zijn:

• Gesloten midden: Blokkeert alle poorten in de middenpositie, bespaart energie en houdt de positie van de actuator stabiel zonder luchtverbruik.
• Ventilerend midden: Verbindt poorten met de uitlaat, waardoor handmatige beweging van de actuator mogelijk is. Dit is handig voor handmatige aanpassingen.
• Onder druk gezet midden: Houdt de actuator onder druk in de middenpositie, klaar voor snelle actie. Dit is het beste voor systemen die snelle reacties nodig hebben.

5/3-weg kleppen zijn essentieel in automatisering, materiaalhantering, verpakking en assemblagelijnen waar controle over de positionering van de actuator cruciaal is. Hun vermogen om de beweging van de actuator nauwkeurig te beheren verbetert zowel de efficiëntie als de veiligheid in verschillende industriële toepassingen.

Namur standaard

Vele pneumatische solenoïdekleppen hebben een gestandaardiseerd flensontwerp, waardoor ze direct op apparaten zoals pneumatische actuatoren kunnen worden gemonteerd. Een breed erkende standaard voor dit doel is de NAMUR-standaard (VDI/VDE 3845). Deze standaard, die zijn oorsprong vindt in Europa, specificeert een uniforme interface voor het direct monteren van richtingsgestuurde kleppen op roterende actuatoren, en heeft wereldwijde acceptatie verkregen. De belangrijkste aspecten van de NAMUR-standaard zijn:

• Wereldwijde adoptie: Ondanks zijn Europese oorsprong, wordt de NAMUR-standaard wereldwijd gebruikt, wat compatibiliteit en gemak van integratie in verschillende industrieën verzekert.
• Montagemechanisme: De kleppen worden doorgaans met M5-schroeven aan de actuator bevestigd. Echter, in de Verenigde Staten worden actuatoren vaak ontworpen met #10-24 draadpatronen om aan lokale voorkeuren te voldoen.
• Afdichting: Om lekkages te voorkomen en een veilige verbinding tussen de klep en de actuator te garanderen, worden twee o-ringen gebruikt. Dit afdichtingsmechanisme is cruciaal voor het behouden van de efficiëntie en betrouwbaarheid van het systeem.
• Verschillende montagemogelijkheden: Het ontwerp van de interface maakt het mogelijk om de klep in twee verschillende posities te monteren door deze simpelweg 180 graden te draaien. Deze flexibiliteit kan de draairichting van de actuator veranderen op basis van hoe de regelklep wordt geënergetiseerd, wat extra controle en aanpasbaarheid biedt in systeemontwerp.

Deze gestandaardiseerde benadering vereenvoudigt de integratie van solenoïdekleppen in pneumatische systemen, verbetert de compatibiliteit en vergemakkelijkt de installatie in een breed scala aan toepassingen. Door zich aan de NAMUR-standaard te houden, zorgen fabrikanten ervoor dat hun producten gemakkelijk kunnen worden opgenomen in systemen wereldwijd, wat efficiëntie en betrouwbaarheid in pneumatische operaties bevordert. Figuur 7 toont de afmetingen voor een klep met G1/4" en G1/2" poorten.

Tabel 1: Dimensionale details van de NAMUR-standaardflens

T	A	B	M
G1/4"	32	24	M5
G1/2"	45	40	M6