Hoe Werkt een Magneetventiel voor Pneumatiek

Richtingregelkleppen worden gebruikt in hydraulische of pneumatische systemen om de stroom van media naar hun apparaten te leiden of te stoppen. Dit artikel richt zich op de verschillende richtingsmagneetventielen voor pneumatische systemen. Ze zijn waarschijnlijk de meest gebruikte elementen in pneumatische systemen en kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om een cilinder, een grotere industriële klep of luchtgereedschap te bedienen. De kleppen kunnen twee of meer poorten hebben en verschillende circuitfuncties vervullen. De functie en het gedrag van de klep kunnen worden aangegeven door een symbool. Het symbool verklaart echter niet de constructie van de klep. Er zijn verschillende manieren om richtingregelkleppen te bedienen, waaronder handmatige en magneetbediening.

Inhoudsopgave

• Ontwerp & Werkingsprincipe
• Mono- en bi-stabiel
• Type kleppen
  • 2/2-weg
  • 3/2-weg
  • 5/2-weg
  • 5/3-weg
• Namen standaard

Ontwerp & Werkingsprincipe

Pneumatische magneetventielen hebben over het algemeen een spoelontwerp. Ze bestaan uit een aluminium behuizing met een cilindrisch gat. De verschillende poorten van de klep zijn verbonden met de cilinder. Een schuifspoel in de cilinder heeft verschillende afdichtingen over de hele lengte. Door de spoel door de cilinder heen en weer te schuiven, kunnen verschillende poorten worden aangesloten of afgesloten. Het is erg moeilijk om een afdichting te maken die absoluut niet lekt met het spoelontwerp. Daarom hebben pneumatische magneetventielen altijd een zeer kleine (maar aanvaardbare) interne lekkage. Met dit soort kleppen kan de lucht in beide richtingen door het ventiel stromen. Dit wordt bidirectioneel genoemd.

De benodigde kracht om de spoel te bewegen kan relatief klein zijn; de luchtdruk heeft een beperkte invloed op de benodigde kracht. Ook is de kracht van de veer in monostabiele kleppen vrij klein. Daardoor verbruiken de solenoïden meestal weinig stroom. Omdat de meeste kleppen pilootgestuurd zijn, is de vereiste kracht van de elektromagneet nog minder. Stuurautomaatbediening (indirecte werking) betekent dat de klep de luchtdruk gebruikt om de klep te bedienen, de luchtdruk wordt geregeld door de elektromagneet. Bij dit ontwerp moet de elektromagneet een veel lagere kracht leveren dan de kracht die door de luchtdruk wordt geleverd. De klep kan intern of extern worden bestuurd. Intern aangestuurde kleppen gebruiken de inlaatdruk om de klep aan te sturen, extern aangestuurde kleppen gebruiken een apart kanaal voor de pilootwerking. Inwendig gestuurde kleppen hebben een bepaald drukverschil van meestal 0,1 - 1,5 bar nodig om te kunnen werken. Als de druk te laag is, zal de klep niet omschakelen wanneer het magneetventiel wordt bediend. Inwendig gestuurde kleppen zijn niet geschikt voor gebruik in lagedruksystemen of vacuümtoepassingen.

Soms vragen ingenieurs of een pneumatisch magneetventiel kan worden gebruikt voor andere media zoals water of olie. Het korte antwoord is dat het niet wordt aanbevolen. Veel pneumatische magneetventielen worden intern bestuurd en ontluchten een minimale hoeveelheid lucht die nodig is om het ventiel te bedienen. Een klein verlies van lucht naar de omgeving is acceptabel in de meeste toepassingen, maar niet in het geval van water, olie of andere soorten media. Bovendien zijn de klepmaterialen geoptimaliseerd voor gebruik met lucht. Meestal is de klep gemaakt van aluminium onderdelen en NBR of HNBR afdichtingen. Andere media dan lucht kunnen corrosie of andere chemische reacties veroorzaken, wat een negatieve invloed kan hebben op de levensduur van de klep.

Mono- en bi-stabiele kleppen

Een monostabiele klep wordt door een (pneumatische of spiraalvormige) veer in zijn uitgangspositie gehouden. Zodra de klep wordt bediend (bijvoorbeeld door een elektromagneet), schakelt de klep over naar de bekrachtigde toestand. Wanneer de (elektrische) stroom wordt uitgeschakeld, keert de klep terug naar zijn uitgangspositie. Deze kleppen worden ook wel enkelwerkende magneetventielen genoemd.

Een bi-stabiele klep kan worden geschakeld door een momentopname en blijft in positie. Wanneer de werking wordt gestopt, keert de klep dus niet terug naar de uitgangssituatie vóór de werking. Een bi-stabiele magneetventiel heeft meestal een magneetventiel aan beide uiteinden van het ventiel. Elke elektromagneet is verantwoordelijk voor het overschakelen naar één toestand. Deze kleppen worden dubbelwerkende magneetkleppen genoemd.

Type kleppen

Richtkleppen worden aangeduid met twee nummers. Het eerste getal geeft aan hoeveel poorten de klep heeft en het tweede getal is het aantal toestanden. Een 2/2-wegklep heeft bijvoorbeeld twee poorten (in/uit) en twee toestanden (open/dicht). Een 5/2-wegklep heeft vijf poorten en twee standen. Richtkleppen hebben meestal twee, drie of vijf poorten. In de volgende secties worden de verschillende types in meer detail uitgelegd.

• 2/2-wegklep
• 3/2-wegklep
• 5/2-wegklep
• 5/3-wegklep

2/2-wegklep

De meest voorkomende en eenvoudigste klep is de 2/2-wegklep. Het heeft twee poorten en twee toestanden (open en gesloten) en wordt daarom ook wel een afsluitklep genoemd. Ze worden gebruikt in pneumatische toepassingen waarbij de luchttoevoer periodiek moet worden afgesloten. 2/2-wegkleppen kunnen mono- of bi-stabiel zijn. Bi-stabiele 2/2-wegkleppen hebben meestal één elektromagneet en worden pulsgestuurd om van toestand te veranderen. Deze kleppen worden ook wel vergrendelingen genoemd. Monostabiele 2/2-wegkleppen kunnen normaal gesloten (opent wanneer bediend) of normaal open (sluit wanneer bediend) zijn. De meeste 2/2-weg magneetventielen zijn monostabiel en normaal gesloten. De afbeelding hieronder toont het symbool voor een normaal gesloten klep. Als je meer wilt weten over de symbolen voor richtingsafsluiters, vind je een duidelijke uitleg in het artikel Afsluitersymbolen.

3/2-wegklep

Een 3/2-wegklep heeft drie poorten en twee toestanden. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt om een enkelwerkende cilinder te besturen. De klep wordt gebruikt om de cilinder te vullen, maar ook om de cilinder daarna te ontluchten om een nieuwe werkslag te realiseren. Daarom zou een klep met twee poorten niet voldoende zijn. Er is een derde poort nodig voor ontluchting. 3/2-wegkleppen kunnen mono- of bi-stabiel zijn. Net als 2/2-wegkleppen kunnen monostabiele 3/2-wegkleppen normaal gesloten of normaal open zijn. Het onderstaande symbool vertegenwoordigt een monostabiele 3/2-weg die normaal gesloten is.

5/2-wegklep

Een 5/2-wegklep heeft vijf poorten en twee toestanden. Deze kleppen worden bijvoorbeeld gebruikt om dubbelwerkende cilinders te besturen. Voor een dubbelwerkende cilinder zijn twee uitlaatpoorten van de klep nodig. 5/2-wegkleppen kunnen mono- of bi-stabiel zijn.

5/3-wegklep

De eerder genoemde kleppen hebben allemaal twee toestanden. Het is ook mogelijk om een derde toestand te hebben, bijvoorbeeld een 5/3-weg magneetventiel. De derde toestand wordt gebruikt om een dubbelwerkende cilinder in een tussenstand te stoppen. Deze kleppen zijn monostabiel en keren terug naar de middelste stand wanneer de elektromagneten niet bekrachtigd worden. Er worden twee elektromagneten gebruikt om de klep in de andere twee standen te zetten. 5/3 kleppen zijn verkrijgbaar in drie varianten: met gesloten middenstand, met ontluchtings middenstand en met middenstand onder druk. De gesloten middenklep wordt weergegeven door het onderstaande symbool.

Namur standaard

Veel pneumatische magneetventielen hebben een gestandaardiseerd flensontwerp om ze rechtstreeks op apparaten zoals een pneumatische actuator te monteren. De meest gebruikte standaard is de NAMUR-standaard (VDI/VDE 3845), een Europese standaard die een standaardinterface definieert om richtingsafsluiters rechtstreeks op de roterende actuator te monteren. Deze standaard wordt wereldwijd gebruikt. De kleppen worden op de actuator gemonteerd met M5-schroeven. Actuators die in de VS worden geproduceerd, hebben over het algemeen #10-24 schroefdraad. Het ventiel is voorzien van twee O-ringen om de poortverbinding tussen het ventiel en de actuator af te dichten. Het interfaceontwerp maakt twee montageposities van de klep mogelijk door de klep 180 graden te draaien. Hierdoor verandert de rotatie van de actuator in relatie tot de bekrachtiging van de regelklep.

De onderstaande afbeelding toont de afmetingen voor een klep met G1/4" en G1/2" poorten.