3/2-weg pneumatisch ventiel - Hoe ze werken

3/2-weg pneumatische stuurventielen zijn essentieel voor het reguleren van luchtstroom in verschillende toepassingen, waaronder enkelwerkende cilinders, het aansturen van pneumatische actuatoren, en het beheren van taken zoals afblazen, drukontlasting en vacuümoperaties. Deze ventielen hebben drie poorten en twee posities, en werken door lucht in de cilinder te brengen en vervolgens vrij te geven, wat een nieuwe werkslag mogelijk maakt. De behoefte aan een derde poort voor ontluchting maakt tweewegventielen ongeschikt voor deze doeleinden. 3/2-weg pneumatische ventielen kunnen op verschillende manieren worden bediend:

• Pneumatisch: Bediend door perslucht
• Mechanisch: Bediend door een mechanische kracht, zoals een hendel of nok, al dan niet met directe menselijke tussenkomst
• Handmatig: Bediend door een handmatige bediener, zoals een drukknop of voetpedaal, wat een specifiek type mechanische bediening is met directe menselijke interactie
• Elektrisch (Magneetventiel): Bediend door een elektrische solenoïde

Dit artikel onderzoekt de schakelfunctie, bouwvorm, werking en veelvoorkomende toepassingen van 3/2-weg pneumatische ventielen, met bijzondere aandacht voor 3/2 magneetventielen.

Inhoudsopgave

• Schakelfunctie van 3-weg luchtventielen
• Bouwvorm van 3/2-weg ventielen
• Werking van 3/2-weg pneumatisch magneetventiel
• Veelzijdigheid en milieuoverwegingen van pneumatische ventielen
• Typische toepassingen van 3/2-weg ventielen
• Veelgestelde vragen

Bouwvorm van 3/2-weg ventielen

3/2-weg pneumatische ventielen komen in verschillende bouwvormen, met afdichtingsmechanismen die ofwel klepzitting of schuif kunnen zijn. Deze ventielen kunnen worden gecategoriseerd op basis van hun werking en stabiliteit.

Gebaseerd op werking

• Direct bediende ventielen: Bij direct bediende ventielen wordt de schuif of klepzitting direct door de actuator bewogen. Het ventiel opent of sluit door de schuif of klepzitting te bewegen. Verschillende soorten actuatoren zijn onder andere:
  • Magneetventiel (spoel)
  • Drukknop
  • Hendel
  • Voetpedaal
• Indirect bediende ventielen: Bij indirect bediende ventielen wordt de schuif niet direct door de solenoïde bediend. In plaats daarvan beweegt de systeemdruk de schuif. Dit vereist een extra stuurventiel, wat een klein direct bediend 3/2-weg ventiel is. Het stuurventiel levert perslucht aan een kleine luchtcilinder in het ventiel, die tegen een zuiger duwt om de solenoïde te activeren en het ventiel te schakelen. Dit maakt het mogelijk om een relatief kleine solenoïde te gebruiken om het ventiel te schakelen.

Gebaseerd op stabiliteit

• Monostabiele ventielen: Monostabiele ventielen keren terug naar hun standaardpositie met behulp van veerkracht. Ze hebben meestal één spoel.
• Bistabiele ventielen: Bistabiele ventielen hebben een spoel op elke positie en worden pulsbediend. Ze kunnen hun positie behouden zonder continue stroomtoevoer, waarbij ze schakelen tussen twee stabiele toestanden.

Schakelfunctie van 3-weg luchtventielen

Het 3/2-weg pneumatisch ventiel, of luchtbediend ventiel, heeft drie aansluitpoorten en twee toestanden. De poorten zijn:

• Inlaat (P, 1)
• Uitlaat (A, 2)
• Ontluchting (R, 3)

De twee toestanden van het ventiel zijn open en gesloten. Wanneer het ventiel open is, stroomt lucht van de inlaat (P, 1) naar de uitlaat (A, 2). Wanneer het ventiel gesloten is, stroomt lucht van de uitlaat (A, 2) naar de ontluchting (R, 3). Een ventiel dat gesloten is in zijn niet-geactiveerde toestand wordt normaal gesloten (NC) genoemd, terwijl een ventiel dat open is in zijn niet-geactiveerde toestand normaal open (NO) wordt genoemd.

De meeste 3/2-weg ventielen zijn monostabiel en keren terug naar hun standaardpositie wanneer ze niet geactiveerd zijn, meestal met behulp van een veermechanisme. Bistabiele 3/2-weg ventielen behouden hun positie tijdens stroomuitval en vereisen een aparte actie om van toestand te veranderen. Bistabiele ventielen kunnen dus niet NC of NO worden genoemd.

Samenvattend zijn de verschillende functies van het 3/2-weg ventiel:

• 3/2-weg monostabiel NC
• 3/2-weg monostabiel NO
• 3/2-weg bistabiel

De schakelfuncties worden weergegeven met behulp van ventiel- en pneumatische symbolen. Figuur 3 toont de symbolen van een indirect bediend 3/2 magneetventiel. Lees meer over andere pneumatische ventielsymbolen en hun uitleg in ons artikel over ventielsymbolen.

Werking van 3/2-weg pneumatisch magneetventiel

In een magneetbediend 3/2-weg pneumatisch ventiel zijn de belangrijkste componenten en hun functies:

• Handmatige bediening (A): Maakt handmatige bediening van het ventiel mogelijk.
• Vaste kern (B): Biedt een stationaire magnetische kern voor de solenoïde.
• Magneetventiel (C): Genereert een magnetisch veld om het anker te bewegen.
• Anker (D): Beweegt in reactie op het magnetische veld gegenereerd door de solenoïde.
• Drukpen (E): Brengt de beweging van het anker over op de schuif.
• Retourveer 1 (F): Brengt het anker terug naar zijn standaardpositie wanneer de solenoïde niet bekrachtigd is.
• Schuif (G): Regelt de luchtstroom door het ventiel.
• Atmosfeer (H): De ontluchtingspoort waar lucht wordt vrijgelaten.
• Ventieluitgang (I): De poort waardoor het medium het ventiel verlaat.
• Luchttoevoer (J): De poort waar perslucht het ventiel binnenkomt.
• Retourveer 2 (K): Helpt bij het terugbrengen van de schuif naar zijn standaardpositie.
• Opening (L): De opening waardoor lucht stroomt binnen het ventiel.

Wanneer het magneetventiel (C) bekrachtigd wordt, creëert het een magnetisch veld dat het anker (D) beweegt. De beweging van het anker wordt via de drukpen (E) overgebracht op de schuif (G), die verschuift om de opening (L) te openen of te sluiten. Deze actie zorgt ervoor dat perslucht van de luchttoevoer (J) door het ventiel stroomt en via de ventieluitgang (I) naar buiten gaat.

Wanneer het magneetventiel niet bekrachtigd is, brengen retourveren (F) en (K) het anker en de schuif terug naar hun standaardposities, waardoor de luchtstroom stopt en eventuele resterende lucht naar de atmosfeer (H) wordt afgevoerd.

Opmerking: Niet alle 3/2 magneetventielen hoeven alle hierboven genoemde specifieke componenten te hebben. Het exacte ontwerp en de componenten kunnen variëren afhankelijk van de fabrikant en de specifieke toepassingsvereisten. Sommige ontwerpen kunnen bijvoorbeeld het anker en de schuif direct integreren, waardoor een aparte drukpen overbodig wordt.

Veelzijdigheid en milieuoverwegingen van pneumatische ventielen

Met een NAMUR behuizing kan het ventiel direct worden gemonteerd op een actuator die ook aan de NAMUR-standaard voldoet. Manifolds kunnen worden gebruikt om ruimte te besparen en ventielen te groeperen. Meerdere 3/2-weg ventielen kunnen in één manifold worden ingebouwd, en het is mogelijk om ventieltypes te mixen, zoals het monteren van een 5/2-weg ventiel naast een 3/2-weg ventiel. De combinaties hangen af van het type en ontwerp van de manifold.

Milieuoverwegingen zijn cruciaal in pneumatische systemen. Ventielen en afdichtingen moeten bestand zijn tegen corrosie wanneer ze worden blootgesteld aan agressieve stoffen. Speciale ventielen zijn beschikbaar voor cleanroom-gebieden, ATEX-omgevingen en de voedingsindustrie.

Een 5/2-weg ventiel kan functioneren als een 3/2-weg ventiel door slechts één inlaat en de bijbehorende uitlaatpoort te gebruiken. Bovendien kan de functie van een 3/2-weg ventiel worden nagebootst met behulp van twee 2/2-weg ventielen.

Typische toepassingen van 3/2-weg ventielen

3/2-weg ventielen zijn geschikt voor verschillende taken: het aandrijven van pneumatische actuatoren, afblazen, drukontlasting en vacuümtoepassingen.

Besturing van een enkelwerkende cilinder

Een enkelwerkende cilinder heeft één pneumatische poort voor het vullen en legen van de luchtkamer. De cilinder beweegt in één richting wanneer de luchtkamer wordt gevuld en keert terug naar zijn oorspronkelijke positie door veerkracht. Het 3/2-weg ventiel vult ofwel de luchtkamer of ontlucht deze naar de atmosfeer. Figuur 5 toont een basis pneumatisch circuit voor een enkelwerkende cilinder.

Besturing van een dubbelwerkende cilinder

Een dubbelwerkende cilinder heeft twee luchtkamers, elk met een eigen aansluitpoort. De cilinder beweegt door de ene luchtkamer te vullen terwijl de andere wordt ontlucht. Typisch wordt een 5/2-weg ventiel gebruikt om een dubbelwerkende cilinder te bedienen. Dit kan echter ook worden bereikt met behulp van twee 3/2-weg ventielen, elk verbonden met een van de poorten van de cilinder. Het ene ventiel drijft de zuigerstang naar de uitgeschoven positie (a₁), terwijl het andere ventiel de zuiger terugbrengt naar zijn beginpositie (a₀) (Figuur 6). Voordelen van het gebruik van twee 3/2-weg ventielen zijn:

• Verschillende drukken: Twee verschillende drukken kunnen worden toegepast op de cilinderpoorten zonder dat een drukregelaar tussen het ventiel en de cilinder nodig is.
• Gelijktijdige ontluchting: Beide luchtkamers kunnen gelijktijdig worden ontlucht, waardoor vrije beweging van de zuigerstang mogelijk is, wat niet mogelijk is met een 5/2-weg ventiel.

Om de zuiger van positie a₀ naar a₁ te bewegen met behulp van twee normaal gesloten ventielen, moet het ene ventiel bekrachtigd worden (ingeschakeld, '1') terwijl het andere niet bekrachtigd is (uitgeschakeld, '0'). Het niet-bekrachtigde ventiel laat perslucht ontsnappen bij poort (R, 3), waardoor de zuiger in de vereiste richting beweegt. Tabellen 1 en 2 geven meer details over de ventieltoestanden ('0' en '1' verwijzen respectievelijk naar de niet-geactiveerde en geactiveerde toestand van het ventiel) bij het aandrijven van een dubbelwerkende cilinder.

Ten minste een van de twee ventielen moet in de "ontluchtings"-positie staan om te voorkomen dat beide cilinderpoorten gelijktijdig onder druk komen te staan. Als beide poorten onder druk staan, zal de beweging van de zuiger afhangen van factoren zoals de vorige toestand van de zuiger, de hoeveelheid druk en het type cilinder.

Tabel 1: Dubbelwerkende cilinderaandrijving met één NC en één NO ventiel

NC ventiel (Links)	NO ventiel (rechts)	Zuigerpositie
0	0	a0
1	0	Geen stabiele toestand
0	1	Vrije beweging tussen a0 en a1
1	1	a1

Tabel 2: Twee NC pneumatische magneetventielen die een dubbelwerkende cilinder besturen

NC ventiel (Links)	NC ventiel (Rechts)	Zuigerpositie
0	0	Vrije beweging tussen a0 en a1
1	0	a1
0	1	a0
1	1	Geen stabiele toestand

Afblaas-, drukontlastings- en vacuümtoepassingen

3/2-weg ventielen zijn ideaal voor afblaas-, drukontlastings- en vacuümtoepassingen. Extern gestuurde of direct bediende ventielen zijn vaak noodzakelijk omdat ze geen minimaal drukverschil vereisen. Figuur 8 toont afblaas-, drukontlastings- en vacuümventielconfiguraties.

In het vacuümcircuit is de vacuümpomp aangesloten op poort (P, 1), en atmosferische druk is aangesloten op poort (R, 3). Het vacuüm wordt verbroken wanneer poort (A, 2) wordt verbonden met poort (R, 3). De vacuümzuignap pakt het object op wanneer de vacuümpomp (aangesloten op poort P, 1) wordt ingeschakeld.

 

Veelgestelde vragen

Hoe werkt een 3-weg 2-positie ventiel?

Een 3-weg 2-positie ventiel heeft drie poorten en twee posities. Het leidt de stroom tussen twee van de drie poorten in elke positie, waardoor de richting van de vloeistof kan worden geregeld, typisch gebruikt voor het verdelen of mixen van stromen.

Wat is het verschil tussen een 2-weg en 3-weg ventiel?

Een 2-weg ventiel is elk type ventiel met twee poorten: een inlaat- en een uitlaatpoort. Een 3-weg ventiel heeft drie poorten in het ventiellichaam die worden gebruikt als inlaat, uitlaat en ontluchting.