Hoe Werkt een Magneetventiel voor Pneumatiek

example of directional control valves for pneumatics

Voorbeeld van pneumatiek ventielen op een basisplaat (manifold).

Directionele regelventielen worden in pneumatische systemen gebruikt om de toe- en afvoer van perslucht naar apparatuur te regelen. Ze behoren tot de meest gebruikte elementen in de pneumatiek. Typische aanwendingen zijn het aansturen van cilinders, een grote kogel- of vlinderklep, of luchtgereedschappen. De ventielen hebben twee of meer poorten en kunnen verschillende circuitfuncties vervullen. De functie en werking van het ventiel kan worden weergegeven door een schematisch symbool. Het symbool geeft echter geen informatie over de constructie van de klep. Directionele regelkleppen kunnen geactueerd worden op verschillende manieren, bijvoorbeeld met handbediening of met een solenoïde (magneetventiel). Dit artikel richt zich op de directionele magneetventielen voor pneumatiek.

Contents

Ontwerp & Werking

Pneumatische magneetventielen hebben doorgaans een afwijkend design van de universele magneetventielen met membraan. De constructie bestaat in het algemeen ​​uit een aluminium behuizing met een cilindrisch gat. De verschillende aansluitpoorten van de klep verbinden allen met deze centrale cilinder. In de cilinder bevindt zich een stang met meerdere (rubber) afdichtingen over zijn lengte. De stang kan heen en weer schuiven door de cilinder en hiermee verschillende ventielpoorten met elkaar verbinden. Bij dit ontwerp is de stromingsrichting van de lucht door de klep niet van belang. Dit wordt unidirectioneel genoemd.

De vereiste kracht om de stang te bewegen kan relatief klein zijn; de druk van de perslucht heeft namelijk beperkte invloed op de benodigde kracht. Ook de kracht van de veer in mono stabiele kleppen is vrij klein. Als gevolg verbruikt een pneumatiek ventiel meestal weinig stroom. Omdat de kleppen vaak indirect gestuurd zijn, is de benodigde kracht van de solenoïde nog kleiner. Iindirecte sturing of werking (pilot operation) betekent dat het ventiel gebruik maakt van de systeemdruk om de klep te schakelen. De solenoïde wordt alleen gebruikt om een klein stuurpoortje te openen activeren. Hiermee wordt een interne cilinder gevuld met perslucht. De druk in deze cilinder drukt een zuiger, welke verbonden is met de stang om het ventiel te schakelen. Met dit ontwerp, hoeft de solenoïde een veel kleinere kracht te leveren dan de kracht die door de luchtdruk geleverd wordt. De indirecte sturing kan gerealiseerd worden via interne stuurdruk of externe stuurdruk. Afsluiters met interne stuurdruk gebruiken de inlaatdruk om te schakelen, bij externe stuurdruk wordt een afgezonderde luchttoevoer gebruikt om te schakelen. Ventielen met interne stuurdruk hebben een drukverschil van typisch 0,1-0,5 bar nodig om te werken. Als de druk te laag is, is de klep niet in staat om te schakelen. Deze kleppen zijn daarom niet geschikt voor gebruik bij lage druk systemen of vacuüm toepassingen.

Een veelvoorkomende vraag is of een pneumatische magneetventiel gebruikt kan worden voor andere media zoals water of olie. Het korte antwoord is dat dit niet wordt aanbevolen. Veel pneumatische magneetafsluiters zijn intern bestuurd en ontluchten een minimale hoeveelheid lucht die nodig is om de klep te bedienen. Een klein verlies van lucht in de omgeving is in de meeste toepassingen acceptabel, maar niet in het geval van water, olie of andere media. Bovendien worden de ventiel materialen geoptimaliseerd voor gebruik met lucht. Meestal zijn de onderdelen van de klep gemaakt van aluminium met NBR of HNBR afdichtingen. Het gebruik van andere media dan lucht, kan corrosie of andere chemische reacties veroorzaken. Dit heeft vervolgens een negatieve invloed op de levensduur van de klep.

section view of a 3/2-way solenoid valve with a sliding spool

Doorsnede van een 5/2-weg pneumatiek ventiel. In de behuizing is een beweegbare stang met afdichtringen. Door de stang van links naar rechts te schuiven, worden verschillende poorten verbonden of afgesloten.

Mono-stabiel and bi-stabiel

Een mono-stabiele klep wordt door een veer in de uitgangspositie gehouden. Zodra de klep wordt geactiveerd (bijvoorbeeld door een solenoïde), schakelt de klep naar de geactiveerde toestand. Zodra het ventiel wordt uitgeschakeld, zal deze terugkeren naar zijn uitgangspositie. Deze kleppen worden ook wel 'enkelwerkend' genoemd.

Een bistabiel ventiel kan worden geschakeld door een puls en blijft daarna in de geschakelde positie. Wanneer het ventiel niet bediend wordt, gaat het ventiel dus niet terug naar de oorspronkelijke positie. Een bistabiel pneumatiek magneetventiel heeft meestal een spoel aan beide uiteinden van het ventiel. Elke spoel is verantwoordelijk voor het overschakelen naar een enkele positie. Deze kleppen worden ook wel 'dubbelwerkend' genoemd.

Ventiel typen

Directionele ventielen worden benoemd met twee getallen. Het eerste getal geeft aan hoeveel poorten de klep heeft, en het tweede getal het aantal standen aan. Bijvoorbeeld, een 2/2-weg ventiel heeft twee poorten (in/uit) en twee standen (open/gesloten). Een 5/2-weg ventiel heeft vijf poorten en twee standen. Directionele kleppen hebben meestal twee, drie of vijf poorten. In de volgende paragrafen worden de verschillende typen toegelicht.

  • 2/2-weg ventiel
  • 3/2-weg ventiel
  • 5/2-weg ventiel
  • 5/3-weg ventiel

2/2-weg ventiel

De meest voorkomende en eenvoudigste klep is de 2/2-weg. Deze heeft twee poorten en twee standen (open en gesloten). Ze worden gebruikt in pneumatische toepassingen waarbij de luchttoevoer periodiek moet worden afgesloten. 2/2 terugslagkleppen kunnen monostabiel of bistabiel zijn. Bi-stabiele 2/2-weg ventielen worden meestal met een elektriosche puls bediend om te schakelen. Deze kleppen zijn ook wel aangeduid als "latching". Mono-stabiele 2/2-weg ventielen kunnen normaal gesloten zijn (geopend wanneer bediend) of normaal open (gesloten wanneer bediend) zijn. De meerderheid van 2/2-magneetafsluiters is monostabiel en normaal gesloten. Onderstaande afbeelding toont het symbool voor een normaal gesloten variant.

Circuit function of a Normally Closed 2/2-way valve

Circuit functie van een 2/2-weg magneetventiel

3/2-weg ventiel

Een 3/2-weg ventiel heeft drie poorten en twee standen. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt om een enkelwerkende cilinder aan te sturen. Het ventiel wordt gebruikt om de cilinder te vullen, maar ook om de cilinder daarna te ontluchten om een nieuwe arbeidsslag te realiseren. Daarom zou een klep met twee poorten niet voldoende zijn. Een derde poort is vereist voor het ontluchten. 3/2 ventielen kunnen monostabiel of bistabiel zijn. Net als 2/2-weg ventielen, zijn monostabiele 3/2-weg ventielen normaal gesloten (NC) of normaal open (NO). Onderstaand symbool vertegenwoordigt een monostabiel, normaal gesloten 3/2 weg magneetventiel.

Circuit function of a Normally Closed 3/2-way valve

Circuit functie van een NC 3/2-weg magneetventiel

5/2-weg ventiel

Een 5/2-weg ventiel heeft vijf poorten en twee standen. Deze ventielen worden bijvoorbeeld gebruikt om dubbelwerkende cilinders aan te sturen. Een dubbelwerkende cilinder vereist twee aansluitpoorten voor de verbinding met de cilinder. Het 5/2-weg ventiel heeft twee uitgangspoorten om te ontluchten. Een enkele ontluchtingspoort is ook mogelijk, dit is een 4/2-weg ventiel. Het voordeel van de extra uitgangspoort is dat voor beide ontluchtpoorten de stroming individueel gesmoord kan worden om de snelheid van de cilinder in beide richtingen individueel te controleren. 5/2-weg ventielen kunnen mono-stabiel of bi-stabiel zijn. Onderstaande tekening geeft een voorbeeld van een mono-stabiel 5/2-weg magneetventiel.

Circuit function of a 5/2-way valve

Circuit functie van een 5/2-weg magneetventiel

5/3-weg ventiel

De eerder genoemde kleppen hebben allen twee standen. Het is ook mogelijk om een derde stand te hebben, een voorbeeld hiervan is het 5/3-weg magneetventiel. De derde toestand wordt gebruikt om een dubbelwerkende cilinder stoppen in een tussenpositie. Dit kan in verschillende situaties gewenst zijn. Stel dat het ventiel een werktuig bediend, waarbij het uit veiligheidsoverweging gewenst is dat het werktuig direct stil komt te staan als de stroom uitvalt.

5/3-Weg kleppen zijn mono stabiel en keren terugnaar de middelste stand wanneer de spoelen niet worden bekrachtigd. De twee uiterste standen worden elk bediend door een eigen spoel. 5/3 ventielen zijn verkrijgbaar in drie varianten; met gesloten middenstand, met ontluchting middenpositie en met bekrachtigde middenstand.

Circuit function of a Centre Closed 5/3-way valve

Circuit functie van een centraal gesloten 5/3-weg magneetventiel

Namur standaard

Veel pneumatische ventielen hebben een gestandaardiseerde flens ontwerp om ze direct te monteren op een apparaat zoals een pneumatische actuator. De meest voorkomende standaard is de NAMUR standaard (VDI/VDE 3845), een Europese norm die een standaard interface definieert om directionele regelkleppen direct op (roterende) actuatoren te monteren. De standaard is wereldwijd geaccepteerd. Het magneetventiel wordt gemonteerd op de actuator met M5 schroeven. Het magneetventiel is voorzien van twee O-ringen om een goede afdichting te garanderen tussen het magneetventiel en de actuator. Door het ontwerp van de interface kan het magneetventiel op twee manieren worden gemonteerd (door 180 graden te draaien). Dit verandert de draairichting van de actuator ten opzichte van de bekrachtiging van het magneetventiel.

Onderstaande figuur toont de afmetingen voor een klep met G1/4 "en G1/2" poorten.

Schematic drawing of the Namur flange with dimensions
T A B M
G1/4" 32 24 M5
G1/2" 45 40 M6

Schematische tekening van de NAMUR interface.

Verdere informatie

Klik één van de onderstaande links voor meer informatie:


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!