Hoe Werkt een 5/2-Weg en 4/2-Weg Pneumatiek Ventiel

Circuitfunctie

Het 5/2-weg pneumatisch ventiel heeft vijf aansluitpoorten en twee standen. Het heeft een drukpoort (P,1), twee poorten (A,2) en (B,4) voor aansluiting met het te bedienen apparaat en twee ontluchtingspoorten (EA,3) en (EB,5). De twee standen van het ventiel zijn:

  • Druk poort (P,1) is geschakeld met poort (A,2), terwijl poort (B,4) ontlucht via ontluchtingspoort (EB,5)
  • Druk poort (P,1) is geschakeld met poort (B,4) terwijl poort (A,2) ontlucht via ontluchtingspoort (EA,3)

Poortaanduidingen

Verschillende fabrikanten hanteren verschillende poortaanduidingen. Ook is er een standaard: ISO1210-1. Deze proberen wij in de schematische afbeeldingen in onze artikelen zo veel mogelijk te handhaven. Deze standaard gebruikt nummers om de verschillende poorten aan te duiden. Sommige fabrikanten gebruiken letters om de poortaanduidingen iets te verduidelijken.

Zo is in het voorbeeld poort 1 (ISO) ook met een P aangeduid van 'pressure', waar dus de drukleiding aangesloten dient te worden. De uitlaatpoorten (of stuurpoorten) met ISO-aanduidingen 2 en 4, zijn alternatief aangeduid met A en B. De desbetreffende ontluchtingspoorten die bij deze poorten horen, zijn volgens de ISO-standaard genummerd met 3 en 5. De alternatieve letteraanduidingen van deze poorten zijn respectievelijk EA en EB wat 'exhaust van A' en 'exhaust van B' betekent. Bij ventielsymbolen met een enkele ontluchtingspoort, bijvoorbeeld bij een 3/2- of 4/2-weg ventiel, wordt de ontluchtingspoort 3, volgens de alternatieve markering met R (relief) aangeduid.

Ventielsymbool van een mono-stabiel 5/2-weg ventiel met ISO- en alternatieve poortaanduiding

Ventielsymbool van een mono-stabiel 5/2-weg ventiel met ISO- en alternatieve poortaanduiding

Het 4/2-weg pneumatisch ventiel heeft vier aansluitpoorten en twee standen. Het verschil tussen deze twee ventieltypen is het aantal ontluchtingspoorten:

  • Een 5/2-weg pneumatisch ventiel heeft twee onafhankelijke ontluchtingspoorten
  • Een 4/2-weg pneumatisch ventiel heeft alleen een algemene ontluchtingspoort
Ventielsymbool van een mono-stabiel 4/2-weg ventiel met ISO- en alternatieve poortaanduiding

Ventielsymbool van een mono-stabiel 4/2-weg ventiel met ISO- en alternatieve poortaanduiding

Dit betekent dat zowel poort A,2 als B,4 met ontluchtingspoort R,3 schakelen. De extra ontluchtingspoort van het 5/2-weg ventiel biedt extra mogelijkheden. De snelheid van een dubbelwerkende pneumatische cilinder kan bijvoorbeeld in beide richtingen aangepast worden door de volumestroom door iedere ontluchtingspoort individueel te regelen met smoorventielen.

De ventielen kunnen mono-stabiel of bi-stabiel zijn. Mono-stabiele 5/2-wegventielen keren terug naar hun uitgangspositie als ze niet bekrachtigd zijn. Het ventiel keert terug in de uitgangspositie door middel van een veer. Dit betekent dat mono-stabiele ventielen continu bekrachtigd moeten zijn (pneumatisch, elektrisch of handmatig) om in de geschakelde positie te blijven. Bi-stabiele 5/2-weg ventielen behouden hun positie tijdens elektriciteitsuitval en er is daarom een extra handeling nodig om het ventiel naar een veilige stand te schakelen.

De volgende circuitfuncties zijn mogelijk:

  • 5/2-weg mono-stabiel
  • 5/2-weg bi-stabiel
  • 4/2-weg mono-stabiel
  • 4/2-weg bi-stabiel

5/2- en 4/2-weg pneumatische ventielen kunnen op de volgende manieren bediend worden:

  • Elektrisch (magneetventiel)
  • Pneumatisch
  • Mechanisch
  • Handmatig

De circuitfuncties van ruststand en bekrachtiging kunnen door een symbool worden weergegeven. De circuitfunctiesymbolen voor 4/2-weg en 5/2-weg ventielen zijn hieronder gegeven.

Symbolen van 4/2 en 5/2-weg pneumatiekventielen

Circuitfunctiesymbolen van 4/2 en 5/2-weg pneumatiekventielen

Ontwerp

Ondanks dat de basisfunctie gelijk blijft, zijn er ontelbare ontwerpvariaties met betrekking tot maat, materiaal, kleur, aansluitingen, enz. van 5/2-weg ventielen. Dit is nodig om te voldoen aan een breed scala aan vereisten zoals medisch gebruik, voedselverwerking, stoffige en explosieve omgevingen enz.

De meeste 5/2-weg ventielen hebben een stang met afdichtingen verdeeld over de lengte die kan bewegen in een cilinder. De aansluitpoorten staan in verbinding met deze centrale cilinder. Door de stang in de cilinder te bewegen, worden de verschillende poorten met elkaar verbonden (geschakeld) of geblokkeerd. Het ventiel kan bovendien direct of indirect gestuurd zijn. Bij direct gestuurde ventielen is de actuator direct verbonden met de stang. Bij indirect gestuurde ventielen maakt het ventiel gebruik van de inlaatdruk om de stang te helpen bewegen. Het vullen en ontluchten van de cilinder wordt geregeld door de actuator, bijvoorbeeld een solenoïde. 5/2-weg ventielen zijn meestal indirect gestuurd en bestaan uit de volgende hoofdonderdelen:

  • Behuizing
  • Afdichtingen
  • Zuiger
  • Stang
  • Actuator (bijv. solenoïde)

Veel 5/2-weg ventieltypen hebben een handmatige override-bediening in de vorm van een drukknop. Om het ventiel te schakelen is het in zo’n geval voldoende om op de override-knop te drukken en is geen elektriciteit nodig. Een mogelijke toepassing van de handmatige override-bediening is het testen van het systeem. In sommige uitvoeringen kan de override vergrendeld worden door de drukknop een kwartslag te draaien. Het voordeel van een vergrendeling is dat het ventiel in de gewenste positie blijft, zodat er gemakkelijker onderhoud of testen uitgevoerd kunnen worden. Een belangrijk nadeel van een vergrendelingsmechanisme (locking mechanism) is dat een monteur de vergrendeling zou kunnen vergeten uit te schakelen, daarom wordt dit systeem in veel fabrieken niet toegepast.

Bij het selecteren van een magneetventiel dient men met het type elektrische connector rekening te houden. Sommige fabrikanten hebben een groot assortiment van connectorontwerpen of gebruiken standaard DIN-connectoren, zoals DIN43650 Type A, B en C. De connectoren zijn beschikbaar met verschillende IP-gradaties, die aangeven hoe goed de connector bestand is tegen het indringen van water en stof. Een andere connectoroptie is een indicatie LED, wat handig kan zijn bij het zoeken naar een defect ventiel of bij stroomuitval van een ventiel.

Sommige 5/2-weg ventielen zijn beschikbaar met een Namurbehuizing. Namur is een veelgebruikte standaard voor de verbinding van pneumatiekventielen en actuatoren, waarbij het ventiel direct op de actuatorbehuizing gemonteerd kan worden. Bij het gebruik van een Namurventiel is het dus mogelijk het aantal fittings en slangen of leidingen te verminderen.

Sommige ventielen kunnen op een basisplaat gemonteerd worden. Meerdere ventielen maken dan gebruik van een centrale luchttoevoer en -afvoer. Dit is een gemakkelijke manier om verschillende pneumatische ventielen te groeperen en ruimte, connectoren en slangen of leidingen te sparen. Een samenstelling van een basisplaat, ofwel grondplaat, met een set ventielen wordt ook wel ventieleiland genoemd. Basisplaten kunnen uitgerust worden met drukregelaars, terugslagventielen, enz.

Een 5/2-weg ventiel kan als een 3/2-weg ventiel gebruikt worden door een in- en laatpoort te blokkeren (A en EA of B en EB). Met twee 3/2-weg mono-stabiele ventielen is het mogelijk om een 5/2-weg bi-stabiel ventiel te creëren.

Typische toepassingen

5/2-weg ventielen worden gebruikt om dubbelwerkende pneumatische actuatoren, zoals cilinders, cilinders zonder zuigerstang, grijpers en roterende actuatoren aan te sturen. Dubbelwerkende actuatoren hebben perslucht nodig met twee stromingsrichtingen. Om een keuze te maken tussen een mono- of bi-stabiel 5/2-weg ventiel is het noodzakelijk meer over het systeemontwerp en -vereisten te weten.

De volgende informatie is nodig voor de ventielkeuze:

  • Hoeveel actuatoren heeft het systeem
  • Hoeveel in- en uitlaatpoorten heeft het systeem
  • Hoeveel in- en uitgangen zijn beschikbaar op de PLC
  • Posities van actuatoren
  • Normale arbeidsomstandigheden
  • Veiligheidsvoorschriften
Schematische afbeelding van een dubbelwerkende cilinder met instelbare buffering, aangestuurd door een 5/2-weg mono-stabiel ventiel

Schematische afbeelding van een dubbelwerkende cilinder met instelbare buffering, aangestuurd door een 5/2-weg mono-stabiel ventiel

Het aantal actuatoren bepaalt het aantal ventielen: elke actuator of groep actuatoren heef een eigen regelventiel nodig. Het aantal spoelen dat bekrachtigd kan worden is afhankelijk van de capaciteiten van de PLC.  Mono-stabiele ventielen (met één solenoïde/spoel) hebben minder bedrading en PLC-uitgangen nodig dan bi-stabiele ventielen (met twee solenoïdes/spoelen). Sommige verdeelunits hebben interne bedrading en één connector die alle ventielen aansluit, zoals bijvoorbeeld een 25-pin D-SUB connector. In dit specifieke geval zouden twaalf bi-stabiele ventielen gemonteerd kunnen worden in of 25 mono-stabiele ventielen.

De keuze tussen mono- en bi-stabiel wordt vaak bepaald door veiligheidsvoorschriften. In sommige machineontwerpen kan het gewenst zijn als de actuator, bij stroomuitval, naar de uitgangspositie terugkeert, om schade aan de machine of verwondingen te voorkomen. In zo’n geval is het aanbevolen een mono-stabiel ventiel te kiezen. Bij andere ontwerpen kunnen juist beter bi-stabiele ventielen gebruikt worden als vereist is dat de actuator in de laatste positie blijft.


Maandelijkse nieuwsbrief

  • Wie: Voor iedereen met interesse in fluid control technologie!
  • Waarom: Heldere en interessante technische informatie over ons vakgebied in een compact maandelijks overzicht.
  • Wat: Nieuwe producten, technische achtergrondartikelen, video’s, aanbiedingen, branche info, en nog veel meer waarvoor u zich moet aanmelden om het te zien!