Die Auswahl eines Ventils zur Steuerung eines pneumatischen Antriebs mag einfach erscheinen. Vielleicht war das in der Vergangenheit so, denn noch vor einigen Jahren galt die Regel, dass ein Ventil mit denselben Anschlussgewinden für den Antrieb geeignet war. Heute, im Zeitalter der umfassenden Automatisierung, ist bei der Auswahl jedoch viel mehr Vorsicht geboten, da sich die Ventilparameter um ein Vielfaches erhöht haben.
Hauptarten von Ventilen:
- elektromagnetische Ventile
- Magnetventile (Solenoidventile)
- pneumatisch betätigte Ventile
- manuell betätigte Ventile
- Fußventile
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Ventile werden nicht nur zur Steuerung pneumatischer Antriebe eingesetzt. Sie finden auch in hydraulischen Verteilsystemen Verwendung, und zwar am häufigsten in Konfigurationen mit einem Sitzventil oder einem Schieber. Wenn die Magnetspule unter Spannung steht, wird sie zu einem Elektromagneten und erzeugt eine Magnetkraft. Diese Kraft ermöglicht die Bewegung des Kerns im Inneren des Ventils. Auf diese Weise öffnet und schließt sich das Ventil. Ventile haben verschiedene Funktionen wie 5/3, 3/2, 5/2 oder sie können elektrisch betätigt werden. Die gängigsten elektromagnetischen Ventile sind 2-Wege-Sitzventile mit zwei Schaltstellungen, die einfach öffnen und schließen, um den Durchfluss freizugeben, wenn ihre Spule bestromt wird.
Bei den heutigen komplexen Ventilen geht es nicht nur um die Funktion Öffnen und Schließen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass lange vor dem eigentlichen Öffnen ein Miniaturzylinder an einem großen Ventil ausfährt. Und das ist nur eines von hundert Beispielen dafür, was im Inneren der Konstruktion passieren kann. Wie Sie sich denken können, ist die im Katalog angegebene Öffnungszeit des Ventils oft nicht ausschlaggebend, da sie länger sein kann als der gesamte Vorgang. Zum Glück stehen uns detaillierte Schaltpläne zur Verfügung, die uns bei der Orientierung helfen.
Schaltzeichen von Ventilen
- jede Schaltstellung des Ventils wird durch ein eigenes Quadrat symbolisiert, in dem die Verbindung von Eingängen, Ausgängen und Entlüftungen in der jeweiligen Stellung eingezeichnet ist (d. h.: enthält das Zeichen 2 Quadrate, handelt es sich um ein 2-Wege-Ventil, enthält es 3 Quadrate, ist es ein 3-Wege-Ventil usw.)
- die Nummerierung oder Buchstabenbezeichnung der Anschlüsse steht immer an dem Quadrat, das die Ruhestellung symbolisiert
- die Pfeile, die die Anschlüsse verbinden, geben die Luftströmungsrichtung an; sind Pfeile auf beiden Seiten vorhanden, kann das Ventil auch für Strömungen in beide Richtungen verwendet werden
- an der Unterseite des Quadrats werden in der Regel die Luftzufuhr und die Entlüftungen platziert, an der Oberseite des Quadrats die Ventilausgänge
- an der Seite des Quadrats werden Symbole angebracht, die die Art der Umschaltung zwischen den einzelnen Stellungen anzeigen; das Quadrat, neben dem sie gezeichnet sind, wird beim Eintreffen eines Signals aktiv (als ob es sich an die Stelle des Ruhestellungs-Quadrats verschieben würde)
Beispiele für Schaltzeichen
Auf diesem Zeichen sehen wir 2 Quadrate, es handelt sich also um ein 2-Wege-Ventil. Auf dem Zeichen sind die Ausgänge 2 und 4 (oben), die Entlüftungen 3 und 5 und die Zufuhr 1 (unten) zu sehen. Zusammen sind das 5 Wege, es handelt sich also um ein 5/2-Wege-Ventil. Die numerische Bezeichnung der Anschlüsse befindet sich am rechten Quadrat, hier ist also die Ruhestellung des Ventils. In dieser Stellung strömt die Luft von der Zufuhr 1 zum Ausgang 2, während der Ausgang 4 mit der Entlüftung 5 verbunden ist. Die Entlüftung 3 ist geschlossen. Auf der linken Seite des Symbols ist eine Rollenbetätigung gekennzeichnet, es handelt sich also um ein mechanisch betätigtes Ventil. Nach Betätigung der Rolle wird das Ventil entsprechend dem linken Quadrat (neben dem Rollensymbol) umgeschaltet. In der zweiten Stellung ist Zufuhr 1 mit Ausgang 4 verbunden und umgekehrt ist Ausgang 2 mit Entlüftung 3 verbunden; Entlüftung 5 ist nun geschlossen. Durch Drücken der Rolle wurden also die Ausgänge 2 und 4 vertauscht. Auf der rechten Seite des Symbols befindet sich eine Feder, was bedeutet, dass das Ventil durch eine mechanische Feder selbstständig in die Ruhestellung zurückkehrt.
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Im zweiten Beispiel haben wir wieder ein 2-Wege-Ventil. An der Ruhestellung sehen wir die numerische Bezeichnung 1-Zufuhr, 2-Ausgang und 3-Entlüftung. Es handelt sich also um ein 3-Wege-Ventil (die Signale 12 und 10 werden nicht zu den Wegen gezählt). In der Ruhestellung ist die Zufuhr geschlossen und der Ausgang ist mit der Entlüftung verbunden. Das Signal 12 (der Pfeil kennzeichnet ein pneumatisches Signal) von der linken Seite schaltet das Ventil in die Stellung gemäß dem linken Quadrat um, d. h. der Eingang wird mit Ausgang 2 verbunden (daher ist das Signal mit 12 = 10 + 2 gekennzeichnet). Nach Abklingen des Signals 12 bleibt das Ventil außerhalb der Ruhestellung (bistabile Funktion) und verharrt dort, bis von rechts das Signal 10 kommt, das die Ruhestellung aktiviert (10 = 10 + 0, d. h. es schließt das Ventil). An den Seiten sehen Sie noch winzige Tastensymbole. Dies ist die Darstellung einer sogenannten Handhilfsbetätigung, mit der das Ventil im Notfall z. B. mit einem Schraubendreher umgeschaltet werden kann.
Unterschiede zwischen den Ventilen
Die große Anzahl an Schaltplänen lässt darauf schließen, dass es auch eine große Anzahl an Ventilarten gibt. Sie können sowohl einzeln als auch Teil einer Ventilinsel sein. Die Anpassung betrifft auch die Schaltgeschwindigkeit (außergewöhnlich schnelle Vorgänge werden durch spezielle sogenannte Schnellschaltventile gewährleistet, die bis zu zehnmal schneller schalten als Standardventile, da die Öffnungszeit sogar 1 ms betragen kann), und auch die Nennweite, das Anschlussgewinde, der Durchfluss oder die Steuerung sind unterschiedlich. Es bleibt also nichts anderes übrig, als alles gut zu durchdenken und zu berechnen.
Wichtigste Parameter:
- Funktion
- Gewindeanschluss
- Betriebsdruck
- Betriebstemperatur
- Nennweite
- Durchfluss
- Spulenleistung
Die Ventilfunktion ist immer in der Spezifikation beschrieben und auch der Schaltplan kann hilfreich sein. Die Funktionen haben wir bereits oben vorgestellt, aber was ist mit all den Zahlen, die auf den Schaltplänen stehen? Was bedeuten diese Kennzeichnungen? Sie beschreiben, ob es sich um eine Zufuhr, einen Ausgang, eine Entlüftung oder einen Steueranschluss handelt. In der Praxis sind beide Kennzeichnungen (Zahlen oder Buchstaben) möglich, moderner ist jedoch die Kennzeichnung mit Zahlen.
Der Betriebsdruck ist ebenfalls ein entscheidender Parameter. Festzustellen, ob der Mediendruck (bei Ventilen ist in der Spezifikation immer angegeben, für welches Medium sie dienen) dem Betriebsdruck des Ventils entspricht, ist ein unumgänglicher Schritt. Eine falsche Bestimmung des Betriebs-/Differenzdrucks kann zu Fehlfunktionen oder sogar zur Beschädigung des Ventilinneren führen. Für die einwandfreie Funktion eines vorgesteuerten (indirekt betätigten) Magnetventils ist in der Regel ein Differenzdruck von mindestens 0,5 bar erforderlich, während direkt betätigte Magnetventile unabhängig vom Außendruck funktionieren.
Die Betriebstemperatur ist ein weiterer Parameter, der Sie interessieren muss. Ventile enthalten verschiedene Dichtungen (z. B. NBR), die anfällig für ungeeignete Temperaturen sind. Die Dichtungselemente können dann ihre Eigenschaften verlieren und das Ventil beginnt fehlerhaft zu arbeiten. Das Material des Ventilkörpers - eloxiertes Aluminium, Messing oder Edelstahl - ist zwar weitaus temperaturbeständiger, dennoch muss die Betriebstemperatur eingehalten werden. Diese kann beispielsweise -10/+60 °C betragen (der häufigste Betriebstemperaturbereich bei Ventilen). Das verwendete Material unterscheidet sich hauptsächlich je nach Einsatzgebiet.
Die Nennweite wird mit DN (Diameter Nominal) bezeichnet. Es handelt sich um einen Wert, der den ungefähren kleinsten Innendurchmesser im Ventil angibt. Dieser kann nämlich im Inneren kleiner sein, als wir mit dem Auge am Eingang/Ausgang sehen. Überprüfen Sie diese Daten immer sorgfältig. Am häufigsten haben Ventile für die Automatisierung eine Nennweite DN 6,5, 8 bis 15 mm.
Der Durchfluss wird meist in Litern pro Minute angegeben. Da Ventile in der Regel z. B. Zylinder bedienen, muss der Techniker berechnen, in wie vielen Sekunden sich der Zylinder füllen und seine Funktion ausführen soll. Dies kann auch mit einem Drosselventil abgestimmt werden, falls das System überdimensioniert ist, aber umgekehrt funktioniert das nicht. In einem unterdimensionierten System fährt der Zylinder nicht so schnell aus wie erforderlich. Die Volumenberechnungen aller Zylinder oder anderer Geräte, die gesteuert werden sollen, sind nicht immer einfach. Deshalb ist es ratsam, sich von uns beraten zu lassen. Wir haben bereits viele Projekte realisiert.
Die Spulenleistung gehört zu den weiteren Parametern, die berücksichtigt werden müssen. Eine falsch gewählte Spulenleistung wirkt sich negativ auf die Funktion des Ventils aus. Dieser Parameter entfällt bei manuell betätigten Versionen oder bei pneumatisch gesteuerten Ventilen. Die Kennzeichnung kann beispielsweise in Form von 3W oder 4,2 VA erfolgen. Wenn Sie auf die Begriffe VAC und VDC stoßen: Ersteres steht für Wechselstrom (AC) und Letzteres für Gleichstrom (DC).
Sobald Sie das Ventil oder die Ventile ausgewählt haben, können diese für eine bessere Übersicht und schematische Anordnung auf einem Ventilterminal - einer Grundplatte - installiert werden. Durch die Schaffung eines solchen Terminals oder einer Ventilinsel sparen Sie zudem ein Maximum an Platz und erleichtern den Einrichtern der Produktionslinie oder des Betriebs, wo die Ventile benötigt werden, eine eventuelle Arbeit. Und wenn Sie es bis hierher, zur Installation von Ventilen auf einer Insel, selbst geschafft haben, sind Sie wirklich fähig und wir verneigen uns vor Ihrem Wissen. Das richtige Ventil auszuwählen ist nämlich nicht einfach und oft senden uns Kunden Ventile zurück, weil die Auswahl nicht korrekt war und das Ventil die gewünschte Funktion nicht erfüllen konnte. Lassen Sie es uns daher jederzeit wissen, wenn eine Entscheidung ansteht, bei der Sie sich nicht sicher sind.