Die Auswahl eines Ventils zur Steuerung eines pneumatischen Antriebs mag einfach erscheinen. Früher war das vielleicht auch so, denn noch vor einigen Jahren galt: Zum Antrieb passte das Ventil, das dieselben Anschlussgewinde hatte. Heute, im Zeitalter weitreichender Automatisierung, ist bei der Auswahl jedoch deutlich mehr Umsicht gefragt, denn die Parameter der Ventile haben sich um ein Vielfaches erhöht.
Die wichtigsten Ventilarten:
- Elektromagnetventile
- Solenoidventile
- pneumatisch betätigte Ventile
- manuell betätigte Ventile
- Fußventile
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Ventile werden nicht nur zur Steuerung pneumatischer Antriebe eingesetzt. Ihre Anwendung finden wir ebenso in hydraulischen Verteilsystemen, dort am häufigsten in Konfigurationen mit Sitzventil oder mit Spule. Steht die Magnetspule unter Spannung, wird sie zum Elektromagneten und erzeugt eine magnetische Kraft. Diese Kraft ermöglicht die Bewegung des Kerns im Inneren des Ventils. Auf diese Weise öffnet und schließt das Ventil. Ventile haben verschiedene Funktionen wie 5/3, 3/2, 5/2 oder können elektrisch betätigt sein. Die gängigsten Elektromagnetventile sind Zweiwege-Sitzventile mit zwei Schaltstellungen, die einfach öffnen und schließen, um den Durchfluss freizugeben, sobald ihre Spule unter Spannung steht.
Bei den heutigen komplexen Ventilen geht es längst nicht mehr nur um die Funktion Öffnen und Schließen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass sich an einem großen Ventil lange vor dem eigentlichen Öffnen ein winziger Zylinder ausfährt. Und das ist eines von hundert Beispielen dessen, was sich im Inneren der Konstruktion abspielen kann. Wie Sie sich denken können, ist die im Katalog angegebene Öffnungszeit oft nicht ausschlaggebend, denn sie kann länger sein als der gesamte Vorgang. Zum Glück stehen uns detaillierte Schaltpläne zur Verfügung, die uns bei der Orientierung helfen können.
Schaltzeichen von Ventilen
- jede Schaltstellung des Ventils wird durch ein eigenes Quadrat dargestellt, in dem die Verbindung von Eingängen, Ausgängen und Entlüftungen in der jeweiligen Stellung eingezeichnet ist (also: enthält das Zeichen 2 Quadrate, handelt es sich um ein 2-Stellungs-Ventil, enthält es 3 Quadrate, um ein 3-Stellungs-Ventil usw.)
- die Nummerierung bzw. die Buchstabenkennzeichnung der Anschlüsse steht immer an dem Quadrat, das die Grundstellung darstellt
- die Pfeile zwischen den Anschlüssen geben die Strömungsrichtung der Luft an; sind die Pfeile auf beiden Seiten dargestellt, lässt sich das Ventil auch für eine Strömung in beide Richtungen einsetzen
- an der Unterseite des Quadrats werden in der Regel die Luftzufuhr und die Entlüftungen angeordnet, an der Oberseite des Quadrats die Ausgänge des Ventils
- an der Seite des Quadrats stehen die Symbole für die Art der Umschaltung zwischen den einzelnen Stellungen, wobei gilt: Das Quadrat, an dem sie eingezeichnet sind, wird nach Eintreffen des Signals aktiv (so, als würde es an die Stelle des Quadrats der Grundstellung rücken)
Beispiele für Schaltzeichen
Auf diesem Zeichen sehen wir 2 Quadrate, es handelt sich also um ein Ventil mit zwei Schaltstellungen. Zu erkennen sind die Ausgänge 2 und 4 (oben), die Entlüftungen 3 und 5 sowie die Zuluft 1 (unten). Zusammen sind das 5 Wege, es handelt sich somit um ein 5/2-Ventil. Die Nummerierung der Anschlüsse steht am rechten Quadrat, hier befindet sich also die Grundstellung des Ventils. In dieser Stellung strömt die Luft von der Zuluft 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 eingezeichnet, es handelt sich also um ein mechanisch betätigtes Ventil. Nach dem Betätigen der Rolle schaltet das Ventil in die Stellung des linken Quadrats um (es grenzt an das Rollensymbol). In der zweiten Stellung wird die Zuluft 1 mit dem Ausgang 4 verbunden, der Ausgang 2 dagegen mit der Entlüftung 3, die Entlüftung 5 ist nun geschlossen. Durch das Betätigen 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 selbsttätig mithilfe einer mechanischen Feder in die Grundstellung zurückkehrt.
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Im zweiten Beispiel handelt es sich wieder um ein Ventil mit zwei Schaltstellungen. An der Grundstellung sehen wir die Nummerierung 1 - Zuluft, 2 - Ausgang und 3 - Entlüftung. Es ist also ein Dreiwegeventil (die Signale 12 und 10 zählen wir nicht zu den Wegen). In der Grundstellung ist die Zuluft geschlossen und der Ausgang mit der Entlüftung verbunden. Das Signal 12 (der Pfeil steht für ein Luftsignal) von der linken Seite schaltet das Ventil in die Stellung des linken Quadrats um, d. h. der Eingang wird mit dem Ausgang 2 verbunden (deshalb wird das Signal mit 12 = 10 + 2 bezeichnet). Nach dem Wegfall des Signals 12 bleibt das Ventil außerhalb der Grundstellung (bistabile Funktion) und verharrt dort, bis von rechts das Signal 10 kommt, das die Grundstellung aktiviert (10 = 10 + 0, d. h. es schließt das Ventil). An den Seiten sind außerdem winzige Tastensymbole zu sehen. Sie stellen die sogenannte Handhilfsbetätigung dar, und das Ventil lässt sich im Notfall z. B. mit einem Schraubendreher umschalten.
Unterschiede zwischen Ventilen
Die große Zahl an Schaltplänen deutet bereits darauf hin, dass es auch eine große Zahl an Ventilarten gibt. Sie können sowohl eigenständig sein als auch Teil eines Ventilterminals. Angepasst wird ebenso die Schaltgeschwindigkeit (außergewöhnlich schnelle Abläufe übernehmen spezielle, sogenannte Schnellschaltventile, die bis zu zehnmal schneller schalten als übliche Ventile, denn die Öffnungszeit kann sogar 1 ms betragen); unterschiedlich sind außerdem die Nennweite, das Anschlussgewinde, der Durchfluss oder die Betätigung. Es bleibt also nichts anderes übrig, als alles zu durchdenken und durchzurechnen.
Die wichtigsten Parameter:
- Funktion
- Gewindeanschluss
- Betriebsdruck
- Betriebstemperatur
- Nennweite
- Durchfluss
- Leistungsaufnahme der Spule
Die Funktion des Ventils ist stets in der Spezifikation beschrieben, hilfreich kann außerdem das Schaltzeichen sein. Die Funktionen haben wir oben bereits vorgestellt - aber was hat es mit all den Zahlen auf sich, die in den Schaltzeichen stehen? Was bedeuten diese Kennzeichnungen? Sie beschreiben, ob es sich um eine Zuluft, einen Ausgang, eine Entlüftung oder einen Steueranschluss handelt. In der Praxis sind beide Kennzeichnungen möglich (Zahlen oder Buchstaben), moderner ist jedoch die Kennzeichnung mit Zahlen.
Der Betriebsdruck ist ebenfalls ein wesentlicher Parameter. Zu bestimmen, ob der Druck des Mediums (bei Ventilen ist in der Spezifikation immer angegeben, für welches Medium sie bestimmt sind) dem Betriebsdruck des Ventils entspricht, ist daher ein Schritt, den man nicht umgehen kann. Eine falsche Bestimmung des Betriebs- bzw. Differenzdrucks kann dazu führen, dass das Ventil nicht funktioniert oder sein Innenleben sogar beschädigt wird. Für die einwandfreie Funktion eines vorgesteuerten Elektromagnetventils ist ein Differenzdruck von mindestens 0,5 bar üblich, und direkt gesteuerte Elektromagnetventile arbeiten unabhängig vom äußeren Druck.
Die Betriebstemperatur ist ein weiterer Parameter, der Sie interessieren muss. Ventile enthalten verschiedene Dichtungen (z. B. NBR), die auf eine unpassende Temperatur empfindlich reagieren. Die Dichtelemente können dann ihre Eigenschaften verlieren und das Ventil beginnt schlecht zu arbeiten. Das Material des Ventilkörpers - eloxiertes Aluminium, Messing oder Edelstahl - ist zwar deutlich temperaturbeständiger, dennoch muss die Betriebstemperatur eingehalten werden. Sie kann beispielsweise -10/+60 °C betragen (der gängigste Betriebstemperaturbereich bei Ventilen). Das verwendete Material richtet sich vor allem nach dem Einsatzbereich.
Die Nennweite wird mit DN (Diameter Nominal - Nenndurchmesser) bezeichnet. Es handelt sich um einen Wert, der den ungefähren kleinsten Innendurchmesser im Ventil angibt. Dieser kann im Inneren nämlich kleiner sein, als wir am Eingang/Ausgang mit dem Auge sehen. Prüfen Sie diese Angaben stets sorgfältig. Am häufigsten haben Ventile für die Automatisierung eine Nennweite von DN 6,5, 8 bis 15 mm.
Der Durchfluss wird am häufigsten in Litern pro Minute angegeben. Da Ventile üblicherweise z. B. Zylinder ansteuern, muss der Techniker berechnen, in wie vielen Sekunden sich der Zylinder füllen und seine Funktion ausführen soll. Nachjustieren lässt sich das auch mit einem Regler, sofern das System überdimensioniert ist - umgekehrt geht es jedoch nicht. Bei einem unterdimensionierten System fährt der Zylinder nicht so schnell aus, wie es nötig wäre. Die Volumina aller Zylinder oder anderer Geräte zu berechnen, die angesteuert werden sollen, muss keineswegs einfach sein. Deshalb ist es sinnvoll, sich mit uns zu beraten. Wir haben zahlreiche Projekte umgesetzt.
Die Leistungsaufnahme der Spule gehört zu den weiteren Parametern, die zu berücksichtigen sind. Eine falsch gewählte Leistungsaufnahme der Spule beeinträchtigt die Funktion des Ventils. Bei handbetätigten Ausführungen oder bei Ventilen, die pneumatisch betätigt werden, entfällt dieser Parameter. Die Angabe kann beispielsweise in der Form 3W oder 4,2 VA erfolgen. Begegnen Ihnen die Bezeichnungen VAC und VDC, so handelt es sich im ersten Fall um Wechselstrom und im zweiten um Gleichstrom.
Sobald Sie das Ventil oder die Ventile ausgewählt haben, lassen sie sich für mehr Übersicht und Systematik auf einem Ventilterminal - einer Grundplatte - montieren. Mit einem solchen Terminal, also einer Ventilinsel, sparen Sie außerdem ein Maximum an Platz und erleichtern die spätere Arbeit auch den Einrichtern der Fertigungslinie oder des Betriebs, in dem die Ventile gebraucht werden. Und wenn Sie bis hierher, bis zur Montage der Ventile auf einer Insel, allein gelangen, sind Sie wirklich versiert und wir verneigen uns vor Ihrem Wissen. Das richtige Ventil auszuwählen ist nämlich alles andere als einfach, und häufig geben uns Kunden Ventile zurück, weil die Auswahl nicht richtig war und das Ventil die geforderte Funktion nicht erfüllen konnte. Melden Sie sich deshalb jederzeit bei uns, wenn es um eine Entscheidung geht, bei der Sie sich nicht sicher sind.